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简述断裂Al_2O_3TiC复合陶瓷/钢扩散焊接头微观结构与断裂站

收藏本文 2024-02-03 点赞:15548 浏览:61712 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:复合陶瓷具有比单组分陶瓷更优异的性能而得到更广泛的重视和运用。Al2O3-TiC复合陶瓷具有高硬度、高耐磨性、耐高温、耐腐蚀及抗氧化等性能使其在机械、冶金等领域具有很好的运用前景。但由于其不易成型加工、韧性及耐冲击能力差,将其与金属焊接成复合构件是发挥其性能的有效途径之一。但陶瓷与金属之间不易获得性能连续的结合界面,接头易产生很大的热应力,导致焊接裂纹等,由此,探讨Al2O3-TiC复合陶瓷与金属之间的焊接不足尤为必要。采取Ti/Cu/Ti复合中间层,利用过渡液相扩散焊策略对Al2O3-TiC复合陶瓷与Q235低碳钢及1Cr18Ni9Ti不锈钢的焊接进行探讨。Al2O3-TiC/Q235钢扩散焊制约加热温度1120~1160℃,保温时间30-60min,焊接压力10-15MPa,接头剪切强度为116-143MPa; Al2O3-TiC/18-8钢扩散焊制约加热温度1110~1150℃,保温时间30-60min,焊接压力10-15MPa,接头剪切强度为101-125MPa。采取扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和X射线衍射仪(XRD)对Al2O3-TiC/钢扩散焊接头的微观组织、元素分布、界面相结构以及接头的剪切断裂机制等进行探讨,建立焊接工艺参数、界面过渡区组织结构、微观裂纹及断裂机制的联系,揭示其内在规律性。Al2O3-TiC/钢扩散焊接头有着组织特点不同于两侧基体的扩散焊界面过渡区,界面过渡区由两个区域组成:中间层扩散反应区和钢侧扩散反应区。中间层扩散反应区由Ti/Cu/Ti中间层中的元素与扩散进入该区的两侧基体元素扩散反应形成,其组织结构不同于两侧的Al2O3-TiC陶瓷和钢;钢侧扩散反应区位于钢基体内,为中间层中的元素(主要是Ti)扩散进入钢基体内一定距离并与钢中的元素扩散反应,转变了钢基体元素的分布状态,其组织特点不同与钢基体。对Al2O3-TiC/钢扩散焊接头的元素分布及微观相结构进行浅析,结果表明,Ti、Cu与两侧基体元素相互扩散,在Al2O3-TiC陶瓷界面附近形成Ti的氧化物(TiO)和复杂结构氧化物(Cu3Ti3O、Fe3Ti3O、Ni3Ti3O)。 TiO相通过Ti与A1203间的反应形成,其具有金属性质润湿Al2O3-TiC陶瓷,Cu、Fe、Ni与Ti及TiO相反应生成的复杂结构氧化物(Cu3Ti3O、Fe3Ti3O、Ni3Ti3O)同样具有金属性质进一步润湿Al2O3-TiC陶瓷,推动Al2O3-TiC陶瓷与钢间实现牢固的冶金连接。中间层反应区的残余Cu以固溶体的形式有着有利于缓解接头的残余应力,界面过渡区内的Fe-Ti脆性金属间化合物易于诱发裂纹。Al2O3-TiC/钢异种材料扩散焊接头剪切断裂时体现为三种断裂路径:界面断裂,混合断裂,陶瓷断裂。混合断裂的强度高于界面断裂和陶瓷断裂。Al2O3-TiC/钢扩散焊接头发生陶瓷断裂时呈现镜面区-雾状区-锯齿区的断口形貌,为典型的脆性断裂。Al2O3-TiC/Q235钢接头发生混合断裂时裂纹始于中间层反应区的Cu-Ti金属间化合物层,向Al2O3-TiC陶瓷扩展。Al2O3-TiC/18-8钢接头发生混合断裂时,断裂面向紧邻Al2O3-TiC陶瓷的中间层反应区内的Fe-Ti金属间化合物层撕裂。本论文探讨了Al2O3-TiC复合陶瓷与钢扩散焊接头的微观组织结构及剪切断裂机制。该探讨工作为Al2O3-TiC复合陶瓷的运用提供了实验依据和论述基础。所得出的探讨成果对进一步开展包括Al2O3-TiC复合陶瓷在内的陶瓷复合材料的焊接探讨奠定了重要基础。关键词:Al_2O_3-TiC复合陶瓷论文扩散焊论文界面过渡区论文相结构论文断裂机制论文

    摘要11-13

    ABSTRACT13-16

    第1章 绪论16-32

    1.1 引言16

    1.2 Al_2O_3-TiC复合陶瓷的制备特点及运用背景16-20

    1.2.1 Al_2O_3-TiC复合陶瓷的制备特点16-17

    1.2.2 Al_2O_3-TiC复合陶瓷的运用背景17-20

    1.3 Al_2O_3陶瓷与金属的焊接探讨20-30

    1.3.1 连接界面及界面反应21-22

    1.3.2 液态金属对陶瓷的润湿性22-24

    1.3.3 陶瓷与金属连接有着的不足24-26

    1.3.4 Al_2O_3陶瓷与金属的钎焊及扩散焊26-30

    1.4 本课题的目的作用及主要探讨内容30-32

    1.4.1 本课题的目的作用30-31

    1.4.2 本课题的主要探讨内容31-32

    第2章 试验材料及探讨策略32-43

    2.1 试验材料32-36

    2.2 扩散焊设备及工艺36-38

    2.2.1 扩散焊设备36

    2.2.2 扩散焊工艺36-38

    2.3 接头试样制备38-41

    2.4 试验及探讨策略41-42

    2.5 本章小结42-43

    第3章 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊界面附近的显微组织43-84

    3.1 引言43

    3.2 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊界面过渡区的组织特点43-69

    3.2.1 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊界面过渡区的组织特点44-53

    3.2.2 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊界面过渡区的组织特点53-62

    3.2.3 工艺参数对Al_2O_3-TiC/钢扩散焊界面组织的影响62-69

    3.3 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊接头的显微硬度69-73

    3.3.1 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊接头的显微硬度69-71

    3.3.2 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊接头的显微硬度71-73

    3.4 Al_2O_3-TiC复合陶瓷扩散焊缺陷讨论73-83

    3.4.1 未焊合缺陷73-74

    3.4.2 孔洞类缺陷74-79

    3.4.3 微裂纹79-83

    3.5 本章小结83-84

    第4章 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊界面附近的元素分布84-104

    4.1 引言84

    4.2 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散界面过渡区元素的分布84-95

    4.3 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散界面过渡区元素的分布95-103

    4.4 本章小结103-104

    第5章 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊界面附近的微观结构104-128

    5.1 引言104

    5.2 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊界面相结构104-117

    5.2.1 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊界面XRD浅析104-115

    5.2.2 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊界面层形成历程115-117

    5.3 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊界面相结构117-127

    5.3.1 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊界面XRD浅析117-125

    5.3.2 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊界面层形成历程125-127

    5.4 本章小结127-128

    第6章 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊接头剪切强度与断裂浅析128-149

    6.1 引言128

    6.2 Al_2O_3-TiC/钢异种材料扩散焊界面的剪切强度128-133

    6.2.1 Al_2O_3-TiC/Q235钢扩散焊界面的剪切强度128-130

    6.2.2 Al_2O_3-TiC/18-8钢扩散焊界面的剪切强度130-133

    6.3 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊接头剪切断裂特点133-147

    6.3.1 Al_2O_3-TiC/钢扩散接头剪切断裂裂纹扩展路径133-135

    6.3.2 Al_2O_3-TiC/钢扩散焊接头剪切断口形貌135-147

    6.4 本章小结147-149

    第7章 结论及展望149-152

    7.1 结论149-151

    7.2 展望151-152

    本论文的主要革新点152-153

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