多孔TiAl金属间化合物与不锈钢的连接

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多孔TiAl金属间化合物是一种潜在的第三类无机多孔材料。本研究采用胶粘连接和钎焊两种方式连接多孔TiAl基体与不锈钢。利用万能电子力学性能试验机、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)等分析测试手段研究了连接接头的力学性能、微观组织结构和接头界面反应。实验表明,胶粘连接采用包覆对接方式获得的多孔TiAl/不锈钢接头具有良好的室温拉伸性能,最大值为47MPa。钎焊法采用四种粉钎料,其中Ti-50Cu粉钎料能获得质量好且外观漂亮的接头。其余三种粉钎料的失效原因为:Ti-25Ni-25Cu粉钎料的焊接能获得的最大拉伸强度为35MPa,焊接温度超过1100℃后,容易引起多孔TiAl基体晶粒长大,降低基体力学性能;Ti-25Cu钎料由于Cu在真空中蒸发等原因使得Ti-25Cu钎料产生的液相少、无法润湿界面,钎焊接头质量无法提高,能获得的最大接头强度为20MPa;Cu-25Ti由于与多孔TiAl基体激烈反应产生熔蚀,在接头处形成缺陷,不能形成有效接头。Ti-50Cu粉钎料能产生适量液相、润湿界面,对多孔TiAl/不锈钢的连接牢固。焊接温度T在887~950℃区间时(焊接时间t=600s),接头拉伸强度随温度的升高而增大,950℃获得最大值47MPa;在t=60~240s(T=950℃)时,接头拉伸强度随焊接时间延长而增大;t≥240s时,接头强度随t增加而减小;t=240s时,获得接头最大拉伸强度65MPa。研究发现升温速率和降温速率对接头拉伸强度影响不大,所以优化得Ti-50Cu钎焊多孔TiAl/不锈钢的焊接参数为:T=950℃,t=240s,887℃后升温速率采用8℃/min,随炉冷却。其接头界面结构为多孔TiAl/Ti3Al+Ti2Cu/TiCu+Ti2Cu/富Ti层/富Fe层/不锈钢。采用优化工艺钎焊获得的多孔TiAl/Ti-50Cu/不锈钢接头,进行腐蚀性能实验。试验证明接头在450℃具有较好的抗氧化性能,接头强度变化不大;600℃时接头抗氧化性能差,氧化50h后接头强度为8MPa。多孔TiAl/Ti-50Cu/不锈钢接头抗HCl腐蚀性能的试验中,ph=2和ph=3时产生点蚀和选择性腐蚀,出现局部腐蚀。
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