【正文】 于碳具有較強(qiáng)的親和力，它們很容 易與 Cu、 Ni、 Ag 等形成活性合金釬料。石墨經(jīng)表面處理后再釬焊的方法由于增加了一道工序，因而應(yīng)用不廣，但在一些特殊的場合有其不可替代作用。 石墨與鈦合金的 釬 焊技術(shù)研究 根據(jù)石墨的釬焊性特點，石墨與 鈦合金 的釬焊方法可分為兩大類：一類是石墨表面處理后釬焊，石墨的表面處理后，在其表面沉積一層牢固的金屬 膜，即表面金屬化，或生成一層碳化物薄層，從而可以用常用的釬料進(jìn)行釬焊。 因此，真空釬焊接頭的形成，包含三個相互有關(guān)的過程。在一般釬焊方法中，主要是通過釬劑的化學(xué)作用或介質(zhì)氣體的還原作用去除氧化膜的。為了實現(xiàn)釬焊過程，必須徹底清除并防止繼續(xù)生成這種氧化薄膜。真空釬焊時，為了獲得優(yōu)質(zhì)的釬縫，關(guān)鍵的條件是使液態(tài)釬料能夠充分地流入并致密地填滿全部釬焊間隙，并與母材基體金屬很好地進(jìn)行相互的物理化學(xué)作用，形成新合金，在冷凝結(jié)晶后，得到合乎要求的釬焊接頭。 真空釬焊對釬焊前零件表面粗 糙度、裝配質(zhì)量、配合公差等的影響比較敏感，對工作環(huán)境和工人理論水平要求較高，應(yīng)用受到一定的限制。 真空 釬焊 的缺點： 在真空條件下金屬易于揮發(fā)，因此對含易揮發(fā)元素的基本金屬和釬料不宜使用真空釬焊。 (8)開闊了設(shè)計產(chǎn)品的設(shè)計途徑，對帶有狹窄溝槽極小的過度臺盲孔的部件和密容器形狀復(fù)雜的零件組圖均可采用，無須考慮由釬劑引起的腐蝕，清洗，破壞等問題 .因為真空釬焊的適應(yīng)性強(qiáng)所以它有很好的經(jīng)濟(jì)性 .對于釬焊金屬零件需具備以下 3 個因素 :充滿接頭的釬料，防 止氧化的真空和零件的加熱方法。 (6)可一次釬焊多道臨近的釬縫，或同爐釬焊多個組件，釬焊效率高。 (5)可將零件熱處理工序在釬焊工藝過程中同時完成 。 (3)基體金屬了釬料周圍存在低壓，能夠排除金屬在釬焊溫度下釋放出來的揮發(fā)氣體和雜質(zhì)，可使基體金屬性能得以改善。 真空 釬 焊的優(yōu)缺點 真空釬焊的的優(yōu)點 :(1)全部釬焊過程，被釬焊零件處于真空條件下，不會出現(xiàn)氧化，添碳，脫碳及污染變質(zhì)等現(xiàn)象。當(dāng)間隙一定時，提高釬焊溫度或延長釬焊保溫時間，增加硼、硅等形成化合物的元素就容易擴(kuò)散到基體金屬中，但由于結(jié)晶時間較短，就可減少或避免金屬間化合物的形成。當(dāng)釬料中含硼量高于4%時，即可形成 Ni2B 的金屬間化合物。 （ 2）金屬間化合物 金屬間化合物一般硬而 脆，會降低接頭的塑性和強(qiáng)度，特別是當(dāng)化合物形成連續(xù)層時，影響更大。 （ 1）釬縫組織 在合金狀態(tài)圖上，如果基體金屬能與釬料形成固溶體，或者基體金屬與釬料合金的基本元素相同，則可得到固溶體組織的釬焊縫。但溶解量不適當(dāng)時，則使釬料的熔點提高，從而產(chǎn)生焊不透等缺陷。 基體金屬在液態(tài)釬料中溶解 如 果基體金屬和液態(tài)釬料是互溶的，在釬焊過程中，一部分基體金屬有可能溶解于釬料中。擴(kuò)散的結(jié)果，在靠近基體金屬的釬縫附近形成固溶體，當(dāng)釬料元素能與基體金屬形成共晶時，釬料組元會向基體金屬的晶界，形成的低熔共晶體叫做晶間滲入。 釬料元素向基體金屬的擴(kuò)散 釬焊時，釬料中合金元素會從高濃度向低濃度擴(kuò)散，擴(kuò)散量和擴(kuò)散速度除了與元素的濃度梯度有關(guān)外，還與擴(kuò)散面積和擴(kuò)散時間成正比。它是液態(tài)釬料、固體金屬和釬焊氣氛三者之間相互作用的結(jié)果，液態(tài)釬料如果能 夠潤濕基體金屬，則在毛細(xì)作用下填滿接頭間隙，形成釬焊接頭。 液態(tài)釬料潤濕基體金屬表面是形成釬焊接頭的必要條件。 真空 釬 焊原理 真空釬焊時去除氧 化膜的機(jī)理主要有：氧化膜在高溫、高真空中可自行分解；金屬元素和金屬氧化物的揮發(fā)破壞了金屬表面的氧化膜等，對于高合金鋼而言，是由于氧化物破裂，釬料滲入后與碳反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，對于鋁合金而言，由于 Al2O3 與碳作用生成了低價氧化物；鈦合金則是因為表面化合物增厚而破裂。連接某一材料所需的壓力應(yīng)足以消除工件表面微觀的不平度。采用真空和其他凈化表面的方法之后，就有可能利用上述原子結(jié)合力，來連接兩個和兩個以上的表面，隨后表面上產(chǎn)生的擴(kuò)散過程提高了這一連接的強(qiáng)度。 使用真空 釬 焊的原因 真空釬焊是在真空氣氛中不用施加釬劑而連接零件的一種先進(jìn)的工藝方法，可以釬焊那些用一般方法難以連接的材料和結(jié)構(gòu)，而得到光潔的致密，其具有優(yōu)良的力學(xué)性能和抗腐蝕性能的釬焊接頭 [15]。 （ 2）石墨的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)低于大多數(shù)金 屬材料，在焊接降溫過程中接頭處會產(chǎn)江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 生很大的殘余應(yīng)力，且石墨的抗拉強(qiáng)度很低，極易產(chǎn)生裂紋，使接頭的強(qiáng)度下降。特別是，由于 擴(kuò)散 焊方法對母材組織和性能的影響較??；母材焊接變形較?。灰虼?擴(kuò)散 焊方法成為一種 比較普遍的研究 石墨與金屬的連接方法 [13]。 因為石墨的熔點很高且在空氣中高溫下容易氧化，所以不宜采用熔化焊的方法，石墨焊接最常用的方法為擴(kuò)散焊、釬焊。但石墨材料的抗拉強(qiáng)度很低，塑性差，其線脹系數(shù)則遠(yuǎn)比一般金屬為低，僅為（ ~） 106/℃ [12]。 但是由于 石墨的原子鍵結(jié)合得很牢固，在高溫下強(qiáng)度大，吸收熱中子截面小，導(dǎo)熱性好，具有極高的熔點（升華溫度）和耐熱沖擊性能。 上述問題的存在，不但使得異種材料連接困難，而且還影響到接頭組織、性能和力學(xué)行為，甚至嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的完整性和可靠性。 連接是異種材料連接結(jié)構(gòu) 廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由于異種材料的物理、化學(xué)及力學(xué)性能方面存在著巨大的差異，對連接方法要求比較苛刻。由于其具有良好的綜合性能，在航空航天、空間技術(shù)、核江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 工業(yè)、微電子、汽車、石油化工等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。cm2 退火 931 10 淬火時效 1080 8 —— 連接石墨與異種材料方法選擇 既然 石墨是重要 的 非金屬材料 ，那么想要更好的利用石墨的諸多優(yōu)良性能，就必須涉及到石墨與異種材料的連接問題 。 150~500℃ 以下且有較好的耐熱性，并有良好的低溫韌性和良好的抗海水應(yīng)力腐蝕及抗熱鹽應(yīng)力腐蝕能力。 TC4 這類合金在高溫是 α+β 型兩相組織，因而得名 為 α+β 型鈦合金。它句用很高的強(qiáng)度，良好的塑性，有足夠的抗腐蝕性和高溫強(qiáng)度 .鈦的物理化學(xué)性能中最為特出的是比強(qiáng)度高。另外，鈦合金還具有塑性好，容易加工成型的特點。 鈦合金具有質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，耐腐蝕，耐高溫以及良好的低溫韌性等特點 .我國具有豐富的鈦礦資源，其儲量位距世界前列約占世界的 20%，為我國鈦合金工業(yè)的發(fā)長提供了良好的基礎(chǔ)。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 目前，世界上已研制出的鈦合金 有數(shù)百種，最著名的合金有 20～ 30 種，如Ti6Al4V、 、 、 Ti32Mo、 TiMoNi、 TiPd、 SP700、 Ti624Ti102 Ti105 Ti102 BT BT IMI82 IMI834 等 [7,8]。結(jié)構(gòu)鈦合金向高強(qiáng)、高塑、高強(qiáng)高韌、高模量和高損傷容限方向發(fā)展。耐熱鈦合金的使用溫度已從 50 年代的 400℃ 提高到 90 年代的 600～650℃ 。其他許多鈦合金都可以看做是 Ti6Al4V 合金的改型。世界上許多國家都認(rèn)識到锨合金材料的重要性，相繼對其進(jìn)行研究開發(fā)，并得到了實際應(yīng)用。因此，鈦及鈦合金母材的含碳量不大于 %，焊縫含碳量不超過母材含碳量。 （ 4） 碳的影響 碳也是鈦及鈦合金中常見的雜質(zhì)，實驗表明，當(dāng)碳含量為 %時，碳因深在α鈦中，焊縫強(qiáng)度極限有些提高，塑性有些下降，但不及氧氮的作用強(qiáng)烈。為了保證焊接接應(yīng)的性能，除了在焊接過程中嚴(yán)防焊縫及焊按熱影響區(qū)發(fā)主氧化外，同時還應(yīng)限制基本金屬及焊絲中的含氧量。 TiH2強(qiáng)度很低，故片狀或針狀衛(wèi) HiH2的作用例以缺口，合沖擊性能顯著 降低；焊縫含氫量變化對強(qiáng)度的提高及塑性的降低的作用不很時顯。 （ 1） 氫的影響 氫是氣體雜質(zhì)中對鈦的機(jī)械性能影響最嚴(yán)重的因素。但試驗表時，在焊接過程中，液態(tài)熔滴和熔池金屬具有強(qiáng)烈吸收氫、氧、 氮的作用，而且在固態(tài)下，這些氣體已與其發(fā)生作用。 鈦的焊接性 [6]:鈦及鈦合金的焊接性能，具有許多顯著特點，這些焊接特點是由于鈦及鈦合金的物理化學(xué)性能決定的。 鈦合金的特性 鈦是 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來的一種重要的結(jié)構(gòu)金屬，鈦合金因具有比強(qiáng)度高、耐蝕性好、耐熱性高等特點而被廣泛用于各個領(lǐng)域。對于孔隙率很大的石墨，會由于釬料過多地滲入石墨內(nèi)部而使釬焊表面釬料不足。各種活性元素所以能改善液態(tài)金屬對石墨的潤濕性的機(jī)理，主要是由于它們在接觸界面處偏析，并與石墨產(chǎn)生強(qiáng)烈化學(xué)反應(yīng)，生成連續(xù)的碳化物薄層，降低了液態(tài)金屬與石墨間的表面能。在眾多關(guān)于石墨的釬焊研究報導(dǎo)中，都指出一些強(qiáng)烈生成碳化物元素（多數(shù)為過渡族元素），例如 Ti、 Ta、 Zr、 Nb、 V 和 Mo 等可以改善液態(tài)金屬對石墨的潤濕性，即使這些液態(tài)金 屬是對石墨完全不發(fā)生相互作用的非過渡族元素，如 Au、Ag、 Cu、 Sn 等或它們的合金。質(zhì)量分?jǐn)?shù)少于 30%時 ,接江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 觸角的變化規(guī)律性不強(qiáng)。在純金屬中加入 Ti 等強(qiáng)碳化物元素能夠降低熔點改善潤濕性。所得結(jié)果顯示，過渡族元素一般能對石墨潤濕，而非過渡族只有Al 和 Si 能對石墨潤濕，但 Al 在 1000℃ 以上時才能對石墨有一定潤濕性 ,( 1000℃時 ,θ=75o)，在 1000℃ 以下則 θ90o 不能潤濕石墨。 對于石墨的潤濕問題，許多學(xué)者曾作了詳細(xì)研究。 總之， 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石墨的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷拓寬，已成為高科技領(lǐng)域中新型復(fù)合材料的重要原料，在國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的作用。 此外，石墨還是輕工業(yè)中玻璃和造紙的磨光劑和防銹劑，是制造鉛筆、墨汁、黑漆、油墨和人造金剛石、鉆石不可缺少的原料。廣泛用于石油化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。這種產(chǎn)品除具有天然石墨所具有的特性外，還具有特殊的柔性和彈性 。柔性石墨又稱膨脹石墨，是年代開發(fā)的一種新的石墨制品 。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對石墨也開發(fā)了許多新用途 。特別是其中硼含量應(yīng)少于 。作為動力用的原子能反應(yīng)堆中的減速材料應(yīng)當(dāng)具有高熔點，穩(wěn)定，耐腐蝕的性能，石墨完全可以滿足上述要求。此外石墨還可作真空冶煉的石墨隔熱板和底座，高溫電阻爐爐管，棒、板、格棚等元件。生產(chǎn)硬質(zhì)合金等粉末冶金工藝，通常用石墨材料制成壓模和燒結(jié)用的瓷舟。廣泛應(yīng)用于石油化工、濕法冶金、酸堿生產(chǎn)、合成纖維、造紙等工業(yè)部門，可節(jié)省大量的金屬材料。 石墨具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。許多輸送腐蝕介質(zhì)的設(shè)備，廣泛采用石墨材料制成活塞杯，密封圈和軸承，它們運轉(zhuǎn)時勿需加入潤滑油。 石墨在機(jī)械工業(yè)中常作為潤滑劑。其中以石墨電極應(yīng)用最廣，在冶煉各種合金鋼、鐵合金時，使用石墨電極，這時強(qiáng)大的電流通過電極導(dǎo)入電爐的熔煉區(qū)，產(chǎn)生電弧， 使電能轉(zhuǎn)化為熱能，溫度升高到左右，從而達(dá)到熔煉或反應(yīng)的目的 [4]。目前在世界范圍內(nèi)鎂碳磚已大量用于煉鋼，并已成為石墨的一種傳統(tǒng)用途 。近年來，耐火材料工業(yè)中兩個重要的變化是鎂碳磚在煉鋼爐內(nèi)襯中被廣泛應(yīng)用，以及鋁碳磚在連續(xù)鑄造中的應(yīng)用 。 吸熱性和散熱性，具良好的吸熱性能，每 1kg 可吸收 (~) 107J 熱量，而金屬材料每 1kg 的吸熱量為 107J；石墨的散熱性能與金屬相當(dāng) 。 潤滑性和可加工性，具良好的潤滑性能，其摩擦系數(shù)在潤滑介質(zhì)小于 。在空氣 500℃ 開始氧化， 700℃時水蒸氣可對其產(chǎn)生侵蝕， 900℃ 時 CO2也能對其產(chǎn)生侵蝕作用。 化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下具良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不受任何強(qiáng)酸、強(qiáng)堿和有機(jī)溶劑的腐蝕。若將石墨定向排列，加溫、加壓制成定向石墨，其順向?qū)щ娦约s為反向?qū)щ娦缘?000 倍，故可制成各種半導(dǎo)體材料和高溫導(dǎo)電材料。 2500℃ 時石墨的強(qiáng)度反而比 室溫時提高一倍 [2]。層內(nèi)極強(qiáng)的結(jié)合、層間巨大的間距及弱鍵構(gòu)成了石墨結(jié)構(gòu)的主要特點，并決定了石墨的特殊性能 [1]。層內(nèi)原子作六方環(huán)狀排列，碳原子為三配位，碳原子的外層構(gòu)型為 S2P2，雜化作