钛合金连接异种材料新技术的应用

钛合金连接异种材料新技术的应用

摘要：钛合金连接异种材料在工业、航天、制造等产业的应用较为广泛，它

具有较好的耐热、强度及韧性功能，该材料与异种材料连接后，可以进一步提高

合金本身的热传导效率及抗氧化功能。因此，相关人员要确定材料的应用计划，

通过使用钛合金连接异种材料新技术模式，确定材料的使用方向，得到新技术的

应用规则。基于此，文章就钛合金连接异种材料新技术的应用要点进行了分析。

关键词：钛合金；异种材料；新技术；铜

0前言

钛合金连接异种材料新技术在航天领域具有一定地位，在发动机油管接头、

转子盘、叶片接头等设备的应用较为常见，且具有较好的应用价值。为了满足新

技术的应用要求，相关人员要确定钛合金材料的使用要点，通过确定钛合金钢异

种材料的连接难点，再给予必要的分析工作，提高新技术的应用效率。

1.钛合金与非金属材料的连接应用要点

1.1 陶瓷

陶瓷是一种较为常见的非金属材料，该材料的耐热性、抗震效果、绝缘性功

能较好，并且材料的膨胀系数相对较低，可被规范地应用至制造、化工、生物、

航天企业当中。其中，相关人员可以将扩散连接技术应用至实际操作中，该技术

可以在低温环境下作用，但套合金与陶瓷联合使用中，相关人员要注意作业温度

作业时间、保护气体的使用要点，比如可以使用适量的氮气，并对氮化硅陶瓷、

钛合金材料进行扩散连接，但要注意连接时的接头界面反应物的变化趋势，得到

不同情况下复合构件，其原因是复合构件与材料性能存在一定关系[1]。将二氧化

硅陶瓷和钛合金TC4材料联合使用中，需要借助活性材料，并确定母材料的使用

要点（联合二氧化硅、亚氧化钛（Ti4O7）、银三种基固溶体，再配合铜基固溶体

材料或者是钛合金TC4），可以不断提高整体材料的抗拉强度（一般为27MPa）。

1.2 石墨

将石墨材料与钛合金材料进行连接，可以提高石墨材料本身的机械性功能。

在此过程中，石墨本身的质地较轻，具有耐高温、润滑性好、导电性较好的优势。但是，一般非熔化极气体保护焊（GTAW）没有办法熔化，异种材料与石墨连接时

的难度也相对较大。因此，相关人员需要利用真空扩散的方式连接相关材料，通

过评估出钛合金及石墨材料的功能性，利用金相分析技术分析母材是否全面重合，如何重合完整度较好，则说明接头的质量较好。另外，相关人员也要保证中间过

渡层的流动扩散性特点，通过提高材料的扩散性功能，提高连接接头的强度参数，以确保石墨与钛合金材料的紧密融合[2]。此时，相关人员可以使用TiZrNiCu钎

焊（Cf-SiCf）与异化材料进行连接，可以提高整体装置的接头剪切强度

（≥15MPa）。

2.钛合金与金属材料的连接应用要点

2.1 钛金属及合金

将钛合金与钛金属相连接，可以提高整体材料的功能性，其原因是常温环境

下谈金属与氧气的亲和力较高，可以在空气中形成一个高密度、附着力强、稳定

性强的金属膜，规避了合金的腐蚀现象（≤315℃的金属膜的稳定性较高）。同时，当钛合金受到一定磨损后，金属材料也可以快速进行自愈，故钛制品具有较

好的耐腐蚀功能；如果当地的温度超过600℃，钛合金会与H、N、O等元素进行

反应，故在实际应用中要予以关注。要注意的是，钛合金连接过程中，相关人员

要规避钛金属与其他污染元素的影响，故需要及时清理元件，并对其进行保护。

保护的方式为使用钨极氩弧焊（TIG）技术进行保护处理。在焊接工艺不断成熟

的影响下，相关人员可以使用激光焊接技术进行连接处理，提高材料本身的抗腐蚀、强度功能。比如纯钛金属的焊接处理中，需要保证作业区域的温度低于

“α→β”项的转变过程，为规避搅拌过程焊接冷却的问题而导致锯齿状晶粒边

界异常的问题（β→α），相关人员可以确定较低温度的区域，再对其进行抑制

搅拌，促使晶粒快速变大，巩固合金本身的功能性。此外，为了提高摩擦焊过程

的有效性及稳定性，相关人员要分析出β相的形状特征（一般为立方体结构，

且α相强度显著高于β相强度）。一旦β相强度过低，可能会导致旋转头质

量方面的问题，出现零部件突然下沉的问题，该问题也会损害焊针的功能性。从

综合的角度来讲，钨极氩弧焊技术应用过程中，α相会同时与就α、β作用，

但激光束焊技术融合区域的冷却速度相对较快，所以说微观组织的组成重点为α相。真空电子束焊接具有较好的应用价值[3]。在空间环境下，该技术可以汇集告

诉的电子流，准确冲击接缝区域，并产生一定热能，也能实现母材融合的目的。

期间，真空电子焊接技术所产生的温度较高，且具有较好冷却功能，可以形成粗

大的显微系统。一般来讲，常见的焊接技术都具有一定效果的淬火功能，故合理

应用焊接技术，保证材料本身的力学功能，可以提高钛合金的稳定性。

2.2 钛合金与铜合金

钛合金、铜合金都具有较好的导电性，并且两种合金的溶解度较小，比较容

易出现各类脆性金属化合物，比如就钛化二铜、钛化四铜及钛化铜三种物质，这

些物质在低温状态下会形成共晶体，此类物质可以提升接头区域的脆性功能，而

脆性化合物及低温两种条件会影响合金的功能性。利用真空扩散焊接技术将钛合

金TC8和铜合金，选取高质量的Ni、Gr等金属作为中间材料，可以提高材料的

稳定性。对材料抗拉强度及剪切力测试过程中，相关人员要定位铜合金的裂缝，

促使接头强度大于铜合金的母材，并且爆炸强度会与炸药量增加而增加，此时部

分界面区域的变形系数也会不断增加，提高了界面波浪纹的波长、幅度。同时，

爆炸所产生的能量也可以促使界面出现严重的变形，此时相关人员要保证结晶形

的核能，观察界面区域的晶粒细化表现。

3.结束语

综上所述，钛合金连接异种材料新技术应用过程中，相关人员要确定合适的

金属材料、非金属材料与钛合金进行混合，并参照宏观、微观结构思路确定技术

的应用方向，在确定新技术应用要点的过程中提高钛合金的使用标准，比如可以

利用电子束焊技术、激光处理技术、钎焊等技术进行作业，提高材料的力学功能。

参考文献

[1]杜雪泽. 强流脉冲电子束作用下TC4钛合金和304不锈钢表面微观结构

及其扩散连接性能的研究[D].江苏大学,2022.