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C/C復(fù)合材料與鈦及鈦合金的焊接好不好

      鈦合金比強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、綜合力學(xué)性能優(yōu)異，是目前航空航天領(lǐng)域的明星材料。將鈦合金與具有優(yōu)異高溫性能的C/C復(fù)合材料連接起來(lái)能夠獲得質(zhì)量輕、高溫性能好、能夠滿足一定結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的連接件，在航空航天等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。銀基、鈦基釬料是C/C復(fù)合材料與鈦合金釬焊常用的釬料。

      M.Singh等人采用三種釬料釬焊C/C復(fù)合材料與純鈦，三種釬料分別為Cu-ABA,TiCuNi和TiCuSi，均呈箔狀，厚度約為50 μm。分析發(fā)現(xiàn)，在釬焊過(guò)程中溶質(zhì)的再分配和擴(kuò)散導(dǎo)致的冶金結(jié)合保證了釬料對(duì)基體的潤(rùn)濕性。C/C復(fù)合材料中的C纖維束的取向影響了接頭的性能，采用Cu-ABA釬料能夠獲得最佳的接頭性能；C纖維束的方向垂直于Ti管軸獲得的接頭承載能力最高，C纖維束的方向平行于Ti管軸獲得的接頭承載能力最低。

      郭偉等人對(duì)C/C復(fù)合材料和TC4鈦合金的釬焊進(jìn)行了研究，采用的釬料為AgCu釬料(72Ag-28Cu，質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%)。釬焊溫度820～940 ℃，保溫3～30 min。焊接時(shí)TC4鈦合金中的Ti擴(kuò)散到釬料和C/C復(fù)合材料中，提高了釬料對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性并且和釬料、母材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。試驗(yàn)證明，可以通過(guò)AgCu釬料釬焊C/C復(fù)合材料和TC4鈦合金，接頭界面為T(mén)C4/Ti2Cu+Ti(s.s)/Ti2Cu/TiCu/Ag(s.s)+Ti3Cu4/TiC/C/C復(fù)合材料，獲得的接頭剪切強(qiáng)度在880 ℃時(shí)可保持33 MPa達(dá)10 min。

      秦優(yōu)瓊等人采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶態(tài)合金釬料釬焊C/C復(fù)合材料和TC4鈦合金。在C/C復(fù)合材料、TC4鈦合金與箔狀鈦基釬料之間分別加入一層Cu中間層和一層Mo中間層，這樣一方面可避免釬料與TC4鈦合金母材形成大量鈦銅、鈦鎳等脆性化合物，另一方面可緩解由于母材與釬料熱膨脹系數(shù)差異在接頭處產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。結(jié)果證明,這種方法能用于C/C復(fù)合材料和TC4鈦合金的釬焊，且隨著釬焊溫度的增加和保溫時(shí)間的增長(zhǎng)，Cu和Mo中間層的溶解加劇，形成連續(xù)、厚度較大的反應(yīng)層。

      由于銀基、鈦基釬料對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性較差，需要提高溫度來(lái)改善釬料對(duì)母材的潤(rùn)濕性，當(dāng)釬焊溫度超過(guò)了鈦合金的相變溫度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致整體結(jié)構(gòu)的韌塑性下降。因此,焊前對(duì)C/C復(fù)合材料進(jìn)行表面處理，在C/C復(fù)合材料表面添加一些與釬料潤(rùn)濕性好的材料，可以降低釬焊溫度，提高接頭的性能[18]。李爭(zhēng)顯等人[19]在TC4鈦合金表面沉積一層鎳層，厚度為3 μm，采用真空釬焊焊接TC4鈦合金與C/C復(fù)合材料，釬料采用銀基釬料和鎳基釬料，釬焊溫度為800～850 ℃，保溫時(shí)間15 min，得到的釬焊接頭室溫剪切強(qiáng)度達(dá)到48 MPa。

     綜上所述，目前釬焊是C/C復(fù)合材料與鈦合金焊接的主要手段，銀基釬料、鈦基釬料等均可用于C/C復(fù)合材料與鈦合金的釬焊。

     鈦合金與C/C復(fù)合材料釬焊的優(yōu)勢(shì)在于Ti本身對(duì)C/C復(fù)合材料的潤(rùn)濕性比較好，但是釬焊溫度超過(guò)鈦合金相變溫度時(shí)會(huì)降低釬焊接頭的性能。通過(guò)在母材表面沉積鎳層等處理方式可以降低釬焊溫度，保證釬焊溫度不超過(guò)鈦合金的相變溫度。

      鈦合金與C/C復(fù)合材料的釬焊主要依靠釬料與母材元素的潤(rùn)濕與擴(kuò)散，因此采用合理釬焊溫度和保溫時(shí)間來(lái)保證釬料母材的充分反應(yīng)，避免產(chǎn)生過(guò)量金屬間化合物。更多碳碳復(fù)合材料信息可查看http://www.2333666.cn