W-Cu复合材料和不锈钢真空钎焊接头组织与性能研究

摘要

在实际使用过程中，W-Cu复合材料易出现高温抗氧化性差、低温韧性不足等问题，限制了在特殊环境下的正常使用。若将优势性能互补的钨铜复合材料和不锈钢制造成复合件，可克服其性能缺陷，拓宽应用领域。钨铜复合材料和不锈钢的连接困难在于：二者在熔点、热膨胀系数、热导率及气体敏感性等相差较大，冶金相容性差，普通熔焊技术难以获得优质W-Cu/不锈钢接头。采用钎焊这种固液相连接方法，可有效降低热循环和应力场对焊缝组织和性能的影响，提高接头的结合强度。
　　本课题采用BNi2、CuMnCo及AgCu系合金钎料对W-Cu复合材料和1Cr18Ni9不锈钢进行真空钎焊连接，对接头微观组织、元素扩散、断裂特征及弯曲强度等进行分析研究，研究W-Cu复合材料和1Cr18N i9钢异种材料连接机理。最后讨论不同间隙大小对Ni基钎焊接头影响作用。
　　Ni基接头组织由?-Ni(Cu)固溶体、Ni(W)固溶相及和部分硼化铬化合物构成。接头弯曲强度为188MPa,断裂在钎缝中间层，断口形貌以解理面为主，并出现少量韧窝痕，整体表现为脆性断裂。钎缝的显微硬度明显高于母材，证实焊层内部生成金属间化合相。
　　Cu基接头组织由基体固溶相Cu(Mn)和析出Fe(Co)构成，塑韧性好。接头弯曲强度高达780MPa,断裂于W-Cu母材近缝区，断面上出现大量韧窝，周围伴有些许撕裂纹，分析为W/W界面脆性断裂与钎缝固溶相延性断裂的混合断裂。钎缝区的显微硬度明显低于两侧母材。
　　Ag基接头组织由W-Cu侧共晶组织及不锈钢侧富C u相构成。钎缝区显微硬度较低，与两侧母材形成特殊的“硬夹软”结构。接头弯曲强度达690MPa,断裂于不锈钢近缝区，断面沿剪切方向出现密集的等轴状韧窝和撕裂脊，属于微孔型45°延性断裂。
　　20μm间隙Ni基钎焊接头的弯曲强度最高，钎料活性元素充分扩散，基体成分得以平衡溶解过渡。钎缝连接区硬脆的金属间化合物分布趋于稳定；而100μm间隙接头钎缝区出现多层脆性反应层，间隙偏大导致液态钎料填充能力不足，焊层连接区即出现多处微孔、未熔合等焊接缺陷，接头力学性能严重不足；50μm间隙接头的组织结构和力学性能位于50μm和100μm间隙接头之间，结合强度有限。

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第1章 绪论

1. 1 课题背景

1.2 W-Cu复合材料

1. 3 钨及钨铜复合材料的连接方法

1. 4 课题研究

第2章 试验材料和试验方法

2. 1 试验材料

2. 2 真空钎焊设备

2. 3 试验方法

2. 4 试样制备

2. 5 性能测试

2. 6 本章小结

第3章 W-Cu/18-8钢真空钎焊接头的显微结构特征

3. 1 润湿性试验

3. 2 显微组织特征

3. 3 元素扩散特征

3. 4 钎缝物相构成

3. 5 本章小结

第4章 W-Cu/18-8钢真空钎焊接头断裂行为和连接原理

4. 1 四点弯曲试验

4. 2 微观断口形貌

4. 3 接头显微硬度

4. 4 界面连接原理

4. 5 本章小结

第5章 钎焊间隙对W-Cu/BNi2/18-8钢接头的影响

5. 1 间隙大小对接头弯曲强度的影响

5. 2间隙大小对接头钎缝区微观组织的影响

5. 3间隙大小对接头近缝区元素分布的影响

5. 4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢