关于扩散连接的文献综述

重庆理工大学

本科生毕业设计（论文）文献综述

论文题目：钛合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接

学院：材料科学与工程学院

专业：焊接技术与工程

姓名：

学号：

指导教师：

完成日期：2015年1月20日

瞬间液相扩散连接( TLP-DB) 方法以其独有的性能优势, 在先进材料连接

领域得到广泛的重视和应用。综述了瞬间液相扩散焊中接触熔化、液相均匀化、等温凝固以及固相成分均匀化阶段的理论模型及发展状况,并对现有模型进行了分析和讨论。

随着材料科学的发展，新材料不断涌现。在生产应用中，经常遇到异种金属的连接问题。焊接异种金属的方法有很多，主要有超声波焊接、熔焊、固相压力焊、熔焊、钎焊及瞬间液相扩散连接等。钛合金与不锈钢的复合构件，能充分体现两种材料在性能与经济上的优势互补，在核动力装置、航空航天、武器装备、电子产业、医疗器械和机械制造等民用和军用行业，具有非常广阔的应用前景。钛合金与不锈钢焊接时，由于两者的物理化学性能相差较大，且容易形成硬而脆的金属间化合物，使得接头性能难以提高。瞬间液相扩散连接作为先进的焊接技术，特别适用于常规熔焊、接触焊、钎焊等难以解决的塑性差、熔点高和互不相溶的异种材料的连接。在瞬间液相扩散连接的过程中加入超声波振动，对焊接件施加纵向超声波，能够提高焊接的质量，缩短焊接的时间，提高焊接的效率。

各种新型材料, 如金属间化合物具有耐高温、抗腐蚀、耐磨损等优点使其成为极具潜力的高温结构材料, 其中钛合金是潜在的航空航天材料,但是, 金属间化合物的共同缺点: 室温塑性低和高温强度差制约了它们在生产实践中的应用; 现代复合材料, 具有比强度高、比刚度大、抗疲劳性好、尺寸稳定、耐磨、抗震等优良性能, 其在航空、航天、军工等高技术领域具有极其广阔的应用前景, 但由于复合材料中基体与增强相之间物理、化学性能相差很大, 导致其焊接性很差, 很难获得理想的焊接接头; 陶瓷材料的塑性差, 冷加工困难, 难以制成大型或

形状复杂的构件等, 因而这些材料都会不同程度受到实用化问题的挑战。如果将这些材料与金属材料连接成复合构件, 便可充分发挥两者的优点。但采用各种常规焊接方法研究结果表明, 由于在异种材料的连接中, 连接材料两者在化学键型、微观结构、物理性能和力学性能等方面存在很大差异, 以及焊接方法的自身特点, 均存在各自的不足。而瞬间液相扩散连接方法综合了钎焊连接方法与固相扩散连接方法两者的优点, 同时克服了两者的不足之处。连接过程中利用金属之间能形成共晶或低熔固溶体, 并在两种金属接触良好的情况下加热到高于共晶

点温度或低熔固溶体熔化温度以上, 依靠金属原子之间的相互扩散, 在界面形

成共晶反应层或形成低熔固溶体的液相作为连接媒介, 然后通过溶质原子的扩

散发生等温凝固, 从而形成成分均匀的焊接接头的连接方法。其主要特征是连接过程中在界面处出现了液相, 大大降低了连接压力。在连接过程中, 由于TLP-DB 技术能够有效破除氧化膜、连接温度低、连接压力小, 可得到微观组织及力学性能与母材相似的接头, 被认为是连接金属基复合材料等先进材料颇有前景的连

接方法之一。本文综述了现有的瞬间液相扩散焊模型, 并对现有的研究结果进行了分析和比较。

关键词：瞬间液相扩散连接( TLP-DB)；钛合金；不锈钢；连接方法

1. 扩散连接

1.1. 扩散连接技术及原理

1.1.1．扩散连接技术的定义

扩散连接是指相互接触的表面，在高温和压力的作用下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形，经一定时间结合层原子间相互扩散，而形成整体的可靠连接的过程。

在进行扩散焊时，必须保证连接面及被连接金属不受空气的影响，需要在真空或惰性气体保护介质中进行。现在应用最多的是真空下的扩散焊，真空扩散焊可以采用高频、辐射、接触电阻、电子束及辉光放电等方法，对工件进行局部或整体加热。工业中普遍应用的是感应和辐射加热的方法。

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2.扩散焊的原理

扩散焊作为固相连接的方法之一，是在金属不熔化的情况下形成焊接接头的。其焊接过程是通过原子之间的相互扩散实现的，因此必须使两待焊表面接触距离足够小（小于0.01微米）。这样原子之间才能相互扩散并在原子间引力的作用下形成新的金属键，获得一定强度的接头。扩散焊过程分为以下三个阶段[2]：第一阶段：变形和交接面的形成。

在温度和压力，的作用下粗糙表面的微观凸起部位首先接触和变形，在变形中表面氧化层被挤破，吸附层被挤开，从而达到紧密接触，形成金属键连接。随着变形加剧，接触区扩大，以达到表面形成晶粒间的连接。而未触区形成“孔洞”残留在界面上。同时，由于相变和位错等因素，表面上产生“微凸”，这些“微凸”又是形成金属键的“活化中心”而起作用。

第二阶段：晶界迁移和微孔的削除。

通过表面和界面原子扩散和再结晶，使界面晶界发生迁移，界面上第一阶段留下的孔洞渐渐变小，继而大部分孔洞在界面上消失，形成了焊缝。

第三阶段：体积扩散、微孔和界面消失。

在形成焊缝后，原子扩散向纵深发展，出现所谓“体”扩散，随着“体”扩散的进行，原始界面完全消失，界面上残留的微孔也消失，在界面处达到冶金连接，接头成分趋向均匀。

在扩散焊的过程中，上述三个阶段依次连续进行。

1.2. 影响扩散连接的工艺因素

影响扩散焊焊接的因素很多，主要有气氛、温度、压力、保温扩散时间。1．气氛. 扩散焊一般在真空或惰性气体保护的气氛中进行，这样可以保证焊接表面不产生氧化夹渣缺陷。

2．温度. 影响扩散焊进展的主要因素是原子的扩散，而影响原子扩散的主要因素是浓度梯度和温度。动力学理论对温度在扩散焊中的影响提供了定量的解释。3．压力. 压力主要影响扩散焊第一阶段的进行。

4．保温时间。扩散焊三个阶段的进行均需要较长的时间，若扩散焊时间过短，严重时会导致焊缝中残留有许多孔洞，影响接头的性能。