扩散连接

《压焊方法及设备》结课论文扩散连接的原理及应用

000

黑龙江工程学院

2013年6月1日

压力焊结课论文

扩散连接的原理及应用

姓名：000

学号：********

学科：材料科学与工程1

院系：材料与化学工程

任课老师：000

日期：2013年6月1日

摘要

随着科技的发展，新材料在我们的生活中应用而生，就此我们遇到了一些同种经或异种材料的连接问题。一些新材料如陶瓷、金属间化合物非晶态材料及单晶合金等的可焊性差，用传统焊接方法，很难实现可靠的连接。在技术发展的同时，我们需要将一些用于特殊的高性能构件的制造的同种或异种材料连接到一起。如异种金属材料、陶瓷、金属间化合物、非晶态及单晶合金、玻璃等性能差别较大的异种材料，连接这些材料时，用我们以往的传统焊接方法是难以实现的，现在不但要连接金属，而且要连接非金属，或金属与非金属等等。因此，连接所涉及的范围远远超出传统焊接的概念。为了适应这种要求，近年来作为固相连接的方法之一的扩散连接技术引起人们的重视，成为连接领域新的研究热点，正在快速发展。本文主要将介绍扩散连接技术的原理及应用。

关键词：扩散连接、固相扩散、液相扩散、超塑性、中间层。

目录

摘要 (1)

目录 (2)

第1章绪论 (3)

1.1课题研究的背景及其意义 (3)

第2章扩散连接 (4)

2.1扩散连接及分类 (4)

2.2扩散连接的原理 (4)

2.2.1固态扩散连接 (4)

2.2.2液态扩散连接 (5)

2.2.3超塑成形扩散连接 (6)

2.2.4扩散连接的工艺特点 (6)

第3章扩散连接的实际应用 (7)

结论 (7)

参考文献 (8)

第1章绪论

1.1课题研究的背景及其意义

扩散连接是近几年兴起的术语，可理解为扩散焊的拓展。

在人类社会发展的同时，新材料不断地出现并在我们的生活中得到了广泛的应用，那么就需要对各种新型材料进行加工，如连接。但是，往往一些新型材料连接是相当困难的，用以往传统的连接技术（熔化焊）不能达到可靠地连接，在此基础上一种新的连接技术诞生了——扩散连接。

扩散连接的出现为焊接科学技术做了不足的弥补，其广泛的应用于航空、航天仪表及电子等国防部门，并逐步扩散到机械、化工及汽车制造等领域。

通过本次的研究来提高自身的多学科融合的思维能力，成为社会主义市场需要的高层次复合型人才。

第2章扩散连接

2.1扩散连接及分类

扩散连接(diffusion bonding,diffusion welding)是指相互接触的材料表面，在温度和压力的作用下相互靠近，局部发生塑性变形，原子间产生相互扩散，在界面处形成行的扩散层，从而实现可靠连接。

扩散连接可分为直接扩散连接和添加中间层的扩散连接；从是否产生液相角度有课分为固相扩散连接和液相扩散连接；从连接环境上，还可分为真空扩散连接和保护气氛环境下的扩散连接(图2-1) [1]。

图2-1

2.2扩散连接的原理

扩散连接也是压力焊的一种形式，与常规的压力焊方法（如电阻焊、冷压焊、摩擦焊、爆炸焊、超声波焊）的相同之处是在连接过程中要施加一定的压力，而不同的地方主要在于温度-压力强度及过程的持续时间。扩散连接是零件整体连接的方法，这种连接接头是在原子水平上形成的，它是相互接触的表面，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，经一定时间后保证结合层原子间相互扩散，形成整体水平上的可靠连接。

2.2.1固态扩散连接

固相扩散连接主要由以下三个阶段完成：

第一阶段为物理接触阶段，这是保证整个表面都可靠接触，只有接触面达到一定的距离，原子间才能相互作用形成原子间的结合，才能形成可靠的连接。在高温下微

观不平的表面，在外加压力的作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面逐渐增大，而达到整个面的可靠接触。

第二阶段则是接触表面的激活阶段，物理接触面积逐渐扩大，在接触界面的某些点处形成活化中心，在这个区域可以进行局部化学反应。接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的结合层。

固相扩散连接主要由以下三个阶段完成：

第一阶段为物理接触阶段，这是保证整个表面都可靠接触，只有接触面达到一定的距离，原子间才能相互作用形成原子间的结合，才能形成可靠的连接。在高温下微观不平的表面，在外加压力的作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面逐渐增大，而达到整个面的可靠接触。

第二阶段则是接触表面的激活阶段，物理接触面积逐渐扩大，在接触界面的某些点处形成活化中心，在这个区域可以进行局部化学反应。接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的结合层。

第三个阶段是结合层的成长，主要是结合层逐渐向体积方向发展，气孔消除并形成可靠地连接接头。

材料的扩散连接表面必须达到一定的表面粗糙度，才能实现良好的接触及克服表面氧化膜对扩散连接的影响。

2.2.2液相扩散连接

液相扩散连接始于20世纪50年代，在弥散强化高温合金、纤维增强复合材料、异种金属材料及新型材料的连接中得到了大量应用。该方法也叫瞬时液相扩散连接，通常采用比母材熔点低的材料为中间夹层，在加热到连接温度时，中间层熔化，在结合面上形成瞬时液膜，在保温过程中，随着低熔点组元向母材扩散，最后达到连接[6]。液相扩散连接的过程主要由三个阶段完成：

第一阶段是液相的生成，将中间扩散夹层材料夹在被连接表面之间，施加一定的压力，或依靠工件自重使相互接触。然后在无氧化或无污染的条件下加热，当加热到连接温度TB时，形成共晶液相（下图a）。

第二阶段是等温凝固过程，液相形成并充满整个焊缝缝隙后，应立即开始保温，使液-固相之间进行充分的扩散，由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材内（图b），母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固，凝固界面从两侧向中间推进（图c）。随着保温时间的延长，接头中的液相逐渐减少，最后形成接头（图d）。

第三阶段是成分均匀化，等温凝固形成的接头，成分很不均匀。为了获得成分和组织均匀的接头，需要继续保温扩散（图e）