淺談碳(tan)碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)和高(gao)溫合(he)金(jin)的(de)焊接

    高溫(wen)合(he)金(jin)抗氧化(hua)性能(neng)好，抗熱(re)腐蝕(shi)性(xing)能(neng)優(you)異(yi)，工作(zuo)溫(wen)度高，組織(zhi)穩定且(qie)有害(hai)相少，能在(zai)較(jiao)高溫度與應力的(de)環(huan)境下工(gong)作(zuo)，它(ta)廣泛(fan)地(di)應(ying)用(yong)於制造(zao)航(hang)空發(fa)動機(ji)、各(ge)類燃氣輪機(ji)的(de)最(zui)熱(re)端部件(jian)，如(ru)渦輪部分的(de)工(gong)作(zuo)葉片、渦輪盤、燃(ran)燒室等部件(jian)。C/C復合(he)材(cai)料(liao)在(zai)室溫時(shi)強度較(jiao)低且(qie)制備(bei)周期長、成(cheng)本高(gao)，而C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)連(lian)接後質(zhi)量輕(qing)、承載(zai)能力高、高(gao)溫壽(shou)命(ming)長。鎳基釬(qian)料(liao)是C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)釬(qian)焊的(de)最(zui)常(chang)用(yong)釬(qian)料(liao)。

    吳(wu)永(yong)智(zhi)等人使(shi)用(yong)BNi68CrWB釬(qian)料(liao)釬(qian)焊C/C復合(he)材(cai)料(liao)和GH600高(gao)溫合(he)金(jin)。釬(qian)焊溫(wen)度為(wei)1 150 ～1 200 ℃，保(bao)溫(wen)10 min。試(shi)驗表(biao)明(ming)，Ni不(bu)與C形成(cheng)化(hua)合(he)物，該(gai)釬(qian)焊溫(wen)度也(ye)達(da)不(bu)到Si與C的(de)反應溫(wen)度。接頭處主要是Ni與Si，Cr與(yu)C發(fa)生反應形成(cheng)化(hua)合(he)物促(cu)進釬(qian)料(liao)與母材(cai)的(de)潤(run)濕。焊後接頭室溫剪切強度為(wei)50 MPa，在(zai)700 ℃下(xia)的(de)剪切強度為(wei)22 MPa。接頭斷裂(lie)破壞(huai)的(de)主要因素為(wei)各(ge)部分材料(liao)熱(re)膨(peng)脹系(xi)數差(cha)距較(jiao)大導致(zhi)的(de)受熱(re)位錯(cuo)。在(zai)釬(qian)焊過(guo)程(cheng)中，B由於(yu)無法向(xiang)C/C復合(he)材(cai)料(liao)擴(kuo)散(san)，反而與(yu)W在(zai)釬(qian)料(liao)母材(cai)界(jie)面處形成(cheng)大塊不(bu)均勻(yun)的(de)WB化(hua)合(he)物也(ye)是(shi)導致(zhi)斷裂(lie)的(de)原(yuan)因(yin)。接頭的(de)高(gao)溫(wen)剪切強度受C/C復合(he)材(cai)料(liao)氧化(hua)的(de)影(ying)響(xiang)而(er)下(xia)降(jiang)。

    C/C復合(he)材(cai)料(liao)與高(gao)溫合(he)金(jin)不(bu)互溶，熱(re)膨(peng)脹系(xi)數差(cha)異(yi)大，因此(ci)直(zhi)接將C/C復合(he)材(cai)料(liao)與高(gao)溫合(he)金(jin)連(lian)接在(zai)壹(yi)起效果(guo)並不(bu)理想。對C/C復合(he)材(cai)料(liao)進行(xing)表(biao)面處理或(huo)者在(zai)釬(qian)料(liao)中添(tian)加(jia)壹些(xie)促(cu)進潤(run)濕的(de)物質(zhi)能夠(gou)改(gai)善(shan)釬(qian)焊接頭的(de)強度。

     郭領(ling)軍(jun)等人 使(shi)用(yong)Ni-Ti粉末作(zuo)為(wei)連(lian)接材料(liao)真空(kong)擴(kuo)散(san)連(lian)接C/C復合(he)材(cai)料(liao)和GH3128高(gao)溫合(he)金(jin)，壹(yi)組C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面不(bu)作(zuo)處理，壹組C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面塗(tu)敷(fu)SiC塗(tu)層(ceng)。擴(kuo)散(san)焊加(jia)熱(re)溫度為(wei)1 050～1 250 ℃，加(jia)壓8～20 MPa，保溫(wen)60 min。結(jie)果發現(xian)未(wei)塗(tu)敷(fu)SiC塗(tu)層(ceng)時(shi)，所獲得(de)的(de)接頭抗剪強度幾乎(hu)為(wei)0；而(er)塗(tu)敷(fu)SiC塗(tu)層(ceng)時(shi)，在(zai)不(bu)同的(de)加(jia)熱(re)溫度下，接頭的(de)剪切強度差(cha)距較(jiao)大，在(zai)加(jia)熱(re)溫度為(wei)1 170 ℃時(shi)可(ke)以(yi)獲得(de)剪切強度為(wei)23 MPa的(de)接頭，而在(zai)1 130～1 150 ℃時(shi)，接頭有明(ming)顯(xian)的(de)裂(lie)紋缺(que)陷，因(yin)此(ci)剪切強度較(jiao)低。經過(guo)分(fen)析(xi)，SiC塗(tu)層(ceng)壹方(fang)面能(neng)夠(gou)增(zeng)強Ti,Ni等元素(su)對C/C復合(he)材(cai)料(liao)的(de)潤(run)濕性(xing)，另壹方(fang)面可(ke)緩(huan)解(jie)因(yin)C/C復合(he)材(cai)料(liao)與GH3128高(gao)溫合(he)金(jin)熱(re)膨(peng)脹系(xi)數不(bu)同產(chan)生的(de)熱(re)應力。

    田曉羽(yu)等人通(tong)過(guo)添(tian)加(jia)TiH2的(de)BNi2粉狀釬(qian)料(liao)釬(qian)焊C/C復合(he)材(cai)料(liao)和GH99鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)，釬(qian)焊溫(wen)度為(wei)1 170 ℃，保(bao)溫(wen)時(shi)間(jian)為(wei)1 h，分(fen)別(bie)采(cai)用(yong)含(han)TiH2量(liang)為(wei)1%,3%,8%的(de)釬(qian)料(liao)進行(xing)釬(qian)焊，結(jie)果(guo)發現(xian)釬(qian)料(liao)中含(han)TiH2量(liang)為(wei)3%時(shi)獲(huo)得(de)的(de)接頭性能(neng)最好(hao)。原(yuan)因在(zai)於(yu)TiH2中的(de)Ti能(neng)夠(gou)促(cu)進C/C復合(he)材(cai)料(liao)向(xiang)釬(qian)縫中的(de)擴(kuo)散(san)，產(chan)生彌散的(de)MC顆(ke)粒(li)，降(jiang)低(di)C/C復合(he)材(cai)料(liao)基體與(yu)釬(qian)縫的(de)不(bu)匹配程(cheng)度，緩

    解(jie)殘(can)余應(ying)力；但釬(qian)料(liao)中TiH2含(han)量(liang)過(guo)多(duo)時(shi)，釬(qian)縫中會(hui)產(chan)生大量的(de)片(pian)狀(zhuang)TiC，降(jiang)低(di)接頭的(de)塑(su)性(xing)變形能力。采用(yong)含(han)3% TiH2的(de)BNi2釬(qian)料(liao)進行(xing)釬(qian)焊時(shi)獲(huo)得(de)的(de)接頭抗剪強度在(zai)室溫為(wei)40 MPa，在(zai)800 ℃可(ke)達(da)19 MPa，明顯(xian)高(gao)於僅用(yong)BNi2釬(qian)料(liao)進行(xing)釬(qian)焊獲(huo)得(de)的(de)接頭。

     張(zhang)鑫等人使(shi)用(yong)BNi5釬(qian)料(liao)真空(kong)釬(qian)焊C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)GH3044，釬(qian)料(liao)呈(cheng)粉狀，釬(qian)焊溫(wen)度為(wei)1 180 ℃，保(bao)溫(wen)30 min。進(jin)行(xing)兩組(zu)試(shi)驗，其中(zhong)壹(yi)組C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面SiC改(gai)性(xing)，另壹組(zu)復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面不(bu)作(zuo)處理。結果表(biao)明(ming)，使(shi)用(yong)BNi5釬(qian)料(liao)可(ke)以(yi)成(cheng)功焊接經過(guo)表(biao)面SiC改(gai)性(xing)的(de)C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)GH3044，而(er)焊接未經(jing)表(biao)面改(gai)性(xing)的(de)C/C復合(he)材(cai)料(liao)時(shi)在(zai)C/C復合(he)材(cai)料(liao)與釬(qian)料(liao)界面會(hui)產(chan)生裂紋。經過(guo)分(fen)析(xi)，壹方(fang)面SiC塗(tu)層(ceng)有效(xiao)的(de)減緩(huan)了(le)C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)因(yin)為(wei)熱(re)膨(peng)脹系(xi)數相差(cha)較(jiao)大產生的(de)熱(re)應力；另壹方(fang)面，釬(qian)料(liao)與表(biao)面改(gai)性(xing)的(de)C/C復合(he)材(cai)料(liao)反應形成(cheng)的(de)中(zhong)間(jian)層(ceng)具有(you)壹定的(de)韌(ren)塑性致(zhi)使斷(duan)裂(lie)發(fa)生在(zai)C/C復合(he)材(cai)料(liao)壹側。獲(huo)得(de)的(de)接頭常(chang)溫(wen)下剪切強度達到35.08 MPa，接頭界面為(wei)C/C/Ni(s.s)+Cr7C3+Ni3Si/Ni(s.s)+Cr3C2+Ni3Si/Ni(s.s)+Cr3C2+MC+Ni3Si/Ni3Si+MC+Ni(s.s)/GH3044,s.s表(biao)示(shi)固(gu)溶體。

     沈元勛(xun)等人通(tong)過(guo)Ag-Cu釬(qian)料(liao)釬(qian)焊C/C復合(he)材(cai)料(liao)和鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)，鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)的(de)成(cheng)分為(wei)Ni-20Cr-8W-7.5Mo-2Fe-0.6Al-0.5Ti (質(zhi)量分(fen)數，%)。Al2O3夾(jia)層(ceng)的(de)厚(hou)度為(wei)2 mm，釬(qian)料(liao)為(wei)箔狀Ag-28Cu，厚(hou)度為(wei)250 μm。進(jin)行(xing)三組試(shi)驗，第(di)壹(yi)組不(bu)使用(yong)Al2O3夾層(ceng)直(zhi)接釬(qian)焊；第(di)二組在(zai)兩層(ceng)釬(qian)料(liao)中夾(jia)持(chi)Al2O3層(ceng)；第(di)三組不(bu)僅在(zai)兩層(ceng)釬(qian)料(liao)中夾(jia)持(chi)Al2O3層(ceng)而且(qie)對C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面進(jin)行(xing)激光(guang)打孔(kong)處理。釬(qian)焊溫(wen)度為(wei)910 ℃，保(bao)溫(wen)10 min。焊後第(di)壹(yi)組接頭彎(wan)曲(qu)強度只有16 MPa，第(di)二組接頭彎(wan)曲(qu)強度為(wei)33 MPa，第(di)三組接頭彎(wan)曲(qu)強度為(wei)73 MPa，這(zhe)說明(ming)添(tian)加(jia)Al2O3夾層(ceng)，對C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面進(jin)行(xing)打孔(kong)處理均能提(ti)高釬(qian)焊接頭的(de)彎(wan)曲(qu)強度。經過(guo)分(fen)析(xi)，不(bu)加Al2O3夾(jia)層(ceng)的(de)焊後接頭由於(yu)殘(can)余應(ying)力大導致(zhi)彎(wan)曲(qu)強度非常(chang)低(di)，添(tian)加(jia)Al2O3夾層(ceng)能夠(gou)獲(huo)得(de)結合(he)良(liang)好(hao)且(qie)韌(ren)性高的(de)接頭的(de)原(yuan)因(yin)在(zai)於(yu)Al2O3夾層(ceng)能夠(gou)有(you)效防止(zhi)Ni和Ti的(de)擴(kuo)散(san)及(ji)反應，降(jiang)低(di)接頭的(de)殘(can)余應(ying)力；對C/C復合(he)材(cai)料(liao)表(biao)面進(jin)行(xing)激光(guang)打孔(kong)，使(shi)表(biao)面呈(cheng)波浪(lang)形能夠(gou)增(zeng)大連(lian)接面積(ji)，降(jiang)低(di)殘(can)余應(ying)力，同時(shi)在(zai)母材(cai)表(biao)面的(de)小孔(kong)處釬(qian)焊形成(cheng)的(de)針(zhen)狀(zhuang)物提(ti)高了(le)對C/C復合(he)材(cai)料(liao)的(de)連(lian)接強度。

     目(mu)前國(guo)內(nei)外進(jin)行(xing)了(le)大量C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)的(de)釬(qian)焊研(yan)究(jiu)。C/C復合(he)材(cai)料(liao)與鎳(nie)基高溫(wen)合(he)金(jin)釬(qian)焊的(de)主要問(wen)題有：①鎳(nie)對C/C復合(he)材(cai)料(liao)的(de)潤(run)濕性(xing)差(cha)；②鎳基釬(qian)料(liao)與C/C復合(he)材(cai)料(liao)熱(re)膨(peng)脹系(xi)數差(cha)異(yi)較(jiao)大，易引(yin)發(fa)連(lian)接界面處的(de)裂(lie)紋。

      針對上述(shu)問(wen)題，目(mu)前通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)的(de)主要措施為(wei)對母材(cai)進(jin)行(xing)表(biao)面改(gai)性(xing)，進行(xing)SiC表(biao)面改(gai)性(xing)等方式可(ke)以(yi)促(cu)進釬(qian)料(liao)與母材(cai)的(de)潤(run)濕，同(tong)時(shi)可(ke)以(yi)緩解(jie)C/C復合(he)材(cai)料(liao)與高(gao)溫合(he)金(jin)因(yin)熱(re)膨(peng)脹差(cha)異(yi)較(jiao)大產生的(de)熱(re)應力。另外通(tong)過(guo)優(you)化(hua)釬(qian)料(liao)添(tian)加(jia)成(cheng)分或(huo)使(shi)用(yong)過(guo)渡(du)層(ceng)的(de)方(fang)式能(neng)夠(gou)有(you)效緩(huan)解(jie)焊接殘(can)余應(ying)力。更多(duo)碳(tan)碳(tan)復合(he)材(cai)料(liao)信息(xi)可(ke)查(zha)看http://youtv.com.cn/