【摘 要】
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钛锆钼（TZM）合金作为最典型的钼合金之一,具有优异的高温性能,已成功应用于航空航天,核能,电子和军事工业。但TZM合金具有密度高、高温抗氧化性差和韧性差等缺点。Ti2AlNb合金是具有相对密度低,断裂韧性好、抗氧化性强优点的高温合金。因此,将二者成功连接获得TZM和Ti2AlNb复合构件充分利用TZM耐高温性能和Ti2AlNb的低密度和抗氧化性能等优点,进一步推动钼合金和钛合金在航空航天领域的应
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钛锆钼（TZM）合金作为最典型的钼合金之一,具有优异的高温性能,已成功应用于航空航天,核能,电子和军事工业。但TZM合金具有密度高、高温抗氧化性差和韧性差等缺点。Ti2AlNb合金是具有相对密度低,断裂韧性好、抗氧化性强优点的高温合金。因此,将二者成功连接获得TZM和Ti2AlNb复合构件充分利用TZM耐高温性能和Ti2AlNb的低密度和抗氧化性能等优点,进一步推动钼合金和钛合金在航空航天领域的应用。本课题以扩散焊为技术手段对TZM和Ti2AlNb合金实现可靠连接,通过分别采用无中间层、Ni箔中间层,以及Ni/Nb复合中间层实现对连接接头界面组织的控制和力学性能的提高,分析了不同工艺参数对界面组织和力学性能的影响,研究了扩散焊的界面反应机理。采用直接扩散连接TZM与Ti2AlNb合金,研究了不同扩散焊温度对接头界面的影响。随着扩散焊温度的升高,界面元素扩散较为充分,扩散反应进程加快,形成良好的扩散焊接头。在950°C-60min-20MPa时获得最高抗剪强度（240MPa）,接头的残余应力为347MPa。应用菲克定律对TZM/Ti2AlNb接头扩散层厚度进行了研究,建立了界面扩散层生长的动力学方程。采用Ni中间层扩散连接TZM与Ti2AlNb合金,接头典型界面组织为:TZM/Ni Mo+Ni3Mo/Ni4Mo/Ni/Ti Ni3/Al Ni2Ti+Ti3Ni4+（Ti,Ni,Nb）相/Ti2Ni+B2（Ni）/Ti2AlNb。扩散焊过程可分为物理接触阶段、固液扩散阶段、扩散层增厚阶段以及冷却凝固阶段。在950°C-60min-20MPa-60μm Ni条件下,获得的接头最高抗剪强度为340MPa。增加Ni中间层的厚度,接头的残余应力从316MPa降低至78MPa。断裂主要发生在接头中硬脆的Ti2Ni化合物处。为了消除接头中连续的Ti–Ni反应层,采用Ni/Nb复合中间层对TZM与Ti2AlNb合金进行扩散连接,即Nb箔充当了阻隔层,阻挡了Ni与Ti2AlNb的扩散。此时的接头典型组织为:TZM/Ni Mo+Ni3Mo/Ni4Mo/Ni/Ni3Nb/Ni6Nb7/Nb/B2/Ti2AlNb。随着扩散焊温度的增加各个反应层厚度不断增加,接头的室温抗剪强度随扩散焊温度的升高逐渐增加,随保温时间的延长表现为先增加后降低。最佳工艺参数为扩散焊温度950°C、保温90min、压力20MPa,最大的室温抗剪强度为422MPa。接头断裂发生在靠近母材的Mo-Ni反应层。在500°C和650°C下测得抗剪强度分别为298MPa和212MPa,接头断裂分别发生在Mo-Ni反应层和剩余的Ni箔、Nb箔处。
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