Cf_Al复合材料与TiAl合金自蔓延连接工艺及机理研究.pdf

《Cf_Al复合材料与TiAl合金自蔓延连接工艺及机理研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、博士学位论文Cf/Al复合材料与TiAl合金自蔓延连接工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFTHESELF-PROPAGATINGJOININGBETWEENCf/AlCOMPOSITESANDTiAlALLOYS冯广杰哈尔滨工业大学2018年4月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学博士学位论文Cf/Al复合材料与TiAl合金自蔓延连接工艺及机理研究博士研究生：冯广杰导师：李卓然副教授申请学位：工学博士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、18年4月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFTHESELF-PROPAGATINGJOININGBETWEENCf/AlCOMPOSITESANDTiAlALLOYSCandidate：FengGuangjieSupervisor：AssociateProf.LiZhuoranAcademicDegreeAppliedfor：Doctorof

3、EngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：April,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要Cf/Al复合材料具有低密度、高比强度和比刚度、潮湿和辐射环境下优异的结构稳定性，已成功应用于卫星波导管和天线支架、飞机蒙皮等部件。TiAl合金是一种轻质高强的材料，具有良好的高温抗氧

4、化和抗蠕变性能。二者作为应用前景广泛的航空航天材料，它们之间的连接有助于制备复合构件，取长补短、拓宽应用范围，因此具有重要的现实意义。由于Cf/Al复合材料与TiAl合金间巨大的物理化学性能差异，以及Cf/Al复合材料对温度的敏感性，常规的焊接方法很难获得令人满意的连接效果。本文采用自蔓延高温合成连接的方法对二者进行了连接，利用理论和试验相结合的方法优选中间层放热体系；通过对中间层成分进行优化和设计复合中间层的方式来实现对界面反应和接头组织的控制、提高接头塑性变形能力，从而实现高强度连接。基于封闭系统的原理，本文对主要的三类放热体系(铝热反应、合金化反

5、应、陶瓷相合成反应)的绝热温度进行了计算。根据自蔓延连接放热中间层的基本原则，以Al-CuO、Al-Fe2O3、Ni-Al、Ti-Al-B体系作为代表。通过计算稀释剂种类和含量对各体系的绝热温度的影响，确定四种体系的最佳绝热温度区间分别为Tad=2327K、Tad=2327K、1800K

6、Fe2O3，晶体中氧离子迁移率高，能更快速和大量释放氧气，导致Al-CuO体系的爆炸现象更强烈。Ni-Al、Ti-Al-B体系的DSC测试和脉冲加热试验表明，DSC慢速升温条件下Ni-Al、Ti-Al-B体系的引燃温度低于Al的熔点，分别为~800K、~850K；快速加热条件下，体系的引燃温度高于Al的熔点，>1000K。对纳米Al粉进行脉冲加热试验，试验样品中发现了Al2O3空壳结构。这表明在快速升温过程中，Al颗粒表面的氧化层壳体对液态铝具有暂时包覆作用，延缓了液态Al与其它组元的接触。在氧化层壳体破损后，液态铝才与样品中的其它组元接触，使放热体系

7、的引燃方式由慢速升温下的固-固扩散反应方式转变为液-固方式。该引燃方式的转变导致Ni-Al、Ti-Al-B体系在快速升温状态下的表观激活能明显低于慢速升温。采用热力学计算和淬熄试验分析Ti-Al-B体系的反应机制，本文验证了原-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文位合成TiB2/Al复合材料的可行性。Ti-Al-B体系的放热反应开始于Ti与Al之间的初始反应，形成Ti-Al熔体并溶解B原子，增强了Ti、B原子的活性；Ti、B原子在Ti-Al熔体内结合，析出TiB2，最终形成Al、TiB2混合组织。当理想产物中TiB2体积分数在29.3%-53.5%时，T

8、i-Al-B中间层与母材具有较好的物理化学相容性。在采用Ti-Al-B中间层对Cf/Al复合材