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工学硕士学位论文

C/C 复合材料与 TiAl 合金的钎焊及自蔓延
反应连接研究

硕士研究生:王厚勤
导师:冯吉才教授
申请学位:工学硕士
学科:材料加工工程
所在单位:材料科学与工程学院
答辩日期:2010 年 7 月
授予学位单位:哈尔滨工业大学
Classified Index: TG454
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

REASEARCH ON BRAZING AND
SELF-PROPAGATING REACTION JOINING
BETWEEN C/POSITES AND TiAl ALLOY

Candidate: Wang Houqin
Supervisor: Jicai
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: Materials Processing Engineering
Affiliation: School of Materials Science and
Engineering
Date of Defence: July, 2010
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文针对 C/C 复合材料()与 TiAl 合金两种高温结构材料的连接需求,
系统研究了二者的钎焊和自蔓延反应连接。利用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析、
X 射线衍射分析、强度测试和差热分析等方法,分别研究了 Ag-Cu-Ti 和 Ti-Ni-Cu
两种钎料钎焊接头的界面显微组织和力学性能。通过研究工艺参数对接头微观组织
和力学性能的影响,确定了每种钎料的最佳工艺参数,阐明了接头微观组织和力学
性能对应关系。此外, 与 TiAl 的自蔓延反应连接进行了初步探索,研究了
CC 与 TiAl 自蔓延反应连接界面及自蔓延反应合成 TiAl 的显微组织。
Ag-Cu-与TiAl 合金的钎焊连接,接头典型界面结构为
CC/TiC/Ag()/AlCu2Ti/(Al,Cu)2Ti+Ti3Al/TiAl。当钎焊温度升高到 940℃时,层状的
界面结构被打破,AlCu2Ti相弥散分布到Ag()中。Ag与Ti的相互排斥决定了界面结
构,进而影响接头力学性能。钎焊温度为 900℃,保温时间为 10min获得的接头抗
剪强度最高,为 13MPa。等温凝固形成的层状Ag()通过塑性变形缓解界面残余热
应力,对提高接头力学性能有利,同时Ag()界
面处的扩散,控制界面反应。表面扎孔构建非平直界面,接头抗剪强度可进
一步提高到 26MPa。
优选并制备了Ti-Ni-与TiAl合金的钎焊,以提高接头高温
性能。/TiC/Al2(Cu,Ni)Ti3C/Ti(Cu,Ni)+Al(Cu,Ni)2Ti
/Al(Cu,Ni)Ti+Ti3Al/TiAl。钎焊温度为 980℃,保温时间为 10min时接头抗剪强度达
到最大值 18MPa,相应的 600℃高温抗剪强度为 22MPa。侧界
面容易生成脆性Ti2Ni相,导致界面开裂;界面处TiC
反应层的脱落,对接头力学性能均不利。
的连接。连接界
面及自蔓延反应合成TiAl母材均经历了中间反应过程。界面处优先生成Al4C3反应
层,而后转变为TiC和Al3Ti反应层。自蔓延合成TiAl经历了Al3Ti向TiAl和Ti3Al的转
变过程,最终形成了以γ-TiAl为基的γ-TiAl+α2-Ti3Al双相TiAl合金。

关键词:C/C 复合材料;TiAl 合金;钎焊;自蔓延反应连接;界面结构

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哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
Brazing and self-propagating reaction joining methods were applied to join two
high-temperature structure materials, C/posites (noted )