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C/C复合材料与GH99镍基高温合金钎焊工艺及机理研究

作　者: 田晓羽
导　师: 冯吉才
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: C/C复合材料 GH99镍基高温合金 界面结构 抗剪强度 连接机理
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


本文针对C/C复合材料及GH99镍基高温合金作为高温结构材料在航空航天及核工业领域的使用要求,采用BNi2箔片钎料及自行配置的BNi2+TiH2粉末钎料对二者进行了真空钎焊连接。以理论分析结合试验研究的方法,研究连接工艺参数对接头微观组织的影响规律,揭示界面产物形成热力学因素及形成机理;分析连接工艺参数对接头力学性能影响规律,解明接头的断裂行为机制,优化连接工艺。BNi2箔片钎料钎焊接头界面组织为:C/C复合材料/Ni（s,s）+Cr7C3+MC/ Ni（s,s）+Cr7C3+MC+（Cr,Mo,W）xNiySiz+Ni3Si/Ni（s,s）+Cr7C3+MC/GH99。研究了工艺参数对界面结构的影响:随钎焊温度的升高或保温时间的延长,接头界面碳化物含量升高。对BNi2钎料界面反应机理进行了分析,反应过程分三步包括:升温过程中界面物理接触;钎料熔化至保温结束过程中元素溶解扩散及碳化物生成、长大及分布状态的改变;降温过程中Cr7C3析出。采用抗剪强度评价了接头性能,结果表明:随钎焊温度的提高或保温时间的延长,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为1170℃、保温时间为60min时,C/C复合材料/BNi2/GH99接头室温抗剪强度可达35.4MPa,800℃及1000℃高温抗剪强度可分别达到15.3及8.6MPa。接头断裂全部发生在复合材料母材上。在对BNi2钎料界面反应、接头性能及断裂行为研究基础之上,本文提出了一种新型的自配BNi2+TiH2粉末钎料,通过在BNi2粉末钎料中加入不同成分的TiH2粉末钎料,最终优选出理想TiH2加入量为58wt.%。使用该成分钎料对C/C复合材料及GH99进行了钎焊连接。通过对接头界面SEM、EDS及XRD分析可以得出BNi2+TiH2钎料接头界面结构为: C/C复合材/Ni（s,s）+Cr7C3+MC/（M+C）/Ni（s,s）+（MC,Cr7C3）+ Cr7C3+MC +（Cr,Mo,W）xNiySiz+Ni3Si/Ni（s,s）+Cr7C3+MC/GH99镍基高温合金。同时分析了接头界面反应机理,得到BNi2+TiH2钎料界面反应模型。通过抗剪强度评价了接头力学性能,结果表明:接头抗剪强度随钎焊温度升高及保温时间延长先增加后降低,当钎焊温度为1170℃、保温时间为60min时,使用BNi2+5wt.%钎料接头室温抗剪强度最高可达37.8MPa,800℃及1000℃高温抗剪强度可分别达到16.0MPa及8.7MPa。此接头性能优于BNi2钎料钎焊接头性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景  9
  1.2 C/C复合材料研究现状  9-13
    1.2.1 C/C复合材料的性能  10-11
    1.2.2 C/C复合材料的制备工艺  11-12
    1.2.3 国内关于C/C复合材料制备的研究  12-13
  1.3 C/C复合材料连接技术发展现状  13-17
    1.3.1 扩散连接  14-15
    1.3.2 钎焊连接  15-17
    1.3.3 其他连接方法  17
  1.4 课题主要研究内容  17-18
第2章 试验材料、设备及方法  18-22
  2.1 试验材料  18-19
  2.2 钎焊设备和工艺  19-20
    2.2.1 钎焊设备  19-20
    2.2.2 钎焊过程  20
    2.2.3 工艺试验  20
  2.3 性能测试及微观分析  20-22
    2.3.1 力学性能测试  20-21
    2.3.2 微观分析  21-22
第3章 BNi2 钎料钎焊C/C复合材料与GH99  22-40
  3.1 引言  22
  3.2 C/C复合材料/BNi2/GH99 接头界面分析  22-33
    3.2.1 C/C复合材料/BNi2/GH99 接头界面结构  22-26
    3.2.2 接头界面碳化物的热力学计算  26-27
    3.2.3 工艺参数对接头界面结构的影响  27-33
  3.3 C/C复合材料/BNi2/GH99 接头性能分析  33-38
    3.3.1 C/C复合材料/BNi2/GH99 接头力学性能  33-35
    3.3.2 接头断裂路径分析  35-38
    3.3.3 接头高温性能  38
  3.4 本章小结  38-40
第4章 BNi2+TiH_2钎料钎焊C/C复合材料与GH99  40-57
  4.1 引言  40
  4.2 含TiH_2钎料钎焊工艺的制定  40-42
  4.3 C/C复合材料/BNi2+TiH_2/GH99 接头界面分析  42-50
    4.3.1 C/C复合材料/BNi2+TiH_2/GH99 界面结构  42-45
    4.3.2 钎料Ti含量对C/C与GH99 接头界面结构的影响  45-47
    4.3.3 钎焊温度对接头界面的影响  47-49
    4.3.4 保温时间对接头界面的影响  49-50
  4.4 C/C复合材料/BNi2+TiH_2/GH99 接头性能分析  50-56
    4.4.1 C/C复合材料/BNi2+TiH_2/GH99 接头力学性能  50-52
    4.4.2 接头断裂路径分析  52-54
    4.4.3 接头高温性能  54-56
  4.5 本章小结  56-57
第5章 BNi2 钎料及BNi2+TiH_2钎料界面反应机理  57-64
  5.1 BNi2 钎料接头界面形成机理  57-59
  5.2 BNi2+TiH_2钎料接头界面形成机理  59-62
  5.3 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-69
附录  69-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文及完成的成果  70-72
致谢  72

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 钎焊
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