GNPs增强复合钎料钎焊SiC陶瓷与GH99的工艺及机理研究.pdf

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1、硕士学位论文GNPs增强复合钎料钎焊SiC陶瓷与GH99的工艺及机理研究RESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFBRAZINGSICCERAMICANDGH99WITHGNPsREINFORCEDCOMPOSITEFILLER宋延宇哈尔滨工业大学2018年6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：公开工学硕士学位论文GNPs增强复合钎料钎焊SiC陶瓷与GH99的工艺及机理研究硕士研究生：宋延宇导师：刘多副教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工

2、业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONPROCESSANDMECHANISMOFBRAZINGSiCCERAMICANDGH99WITHGNPsREINFORCEDCOMPOSITEFILLERCandidate：SongYanyuSupervisor：Ass.Prof.LiuDuoAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffi

3、liation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要SiC陶瓷-GH99镍基高温合金（GH99）复合构件在航空航天等领域具有广泛的应用前景。针对SiC陶瓷与GH99之间由于热膨胀系数差异而导致接头处存在较大的残余应力而影响钎焊接头质量的问题。本研究从调节热膨胀系数和纳米强化的角度出发，配制了可实现原位合成纳米TiC颗粒的石墨烯纳米片(GNPs)增强

4、AgCuTi复合钎料，并将该复合钎料应用到SiC/SiC和SiC/GH99两种钎焊结构中，实现了两种结构的可靠连接。结合界面组织结构的分析以及接头力学性能的变化，阐述了钎焊过程中GNPs强化钎缝组织的作用机制。在SiC/SiC钎焊结构中，复合钎料钎焊接头界面组织结构为SiC陶瓷/TiC+Ti5Si3/Ag(s,s)+Cu(s,s)+GNPs+TiCu+TiC/TiC+Ti5Si3/SiC陶瓷。钎焊过程中，钎料中的活性元素Ti与GNPs原位反应形成纳米TiC颗粒，有效地细化了钎缝组织。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长，Ti元素与GNPs之间的原位反应充分进行，降低了钎缝材料的热

5、膨胀系数，缓解了接头残余应力，提高了接头强度。在钎焊温度为950°C，保温时间为10min的条件下，采用AgCuTi-1wt.%GNPs复合钎料获得的接头强度最高，为41.9MPa，与采用纯AgCuTi钎料时的最高接头强度相比提高了163.5%。采用复合钎料实现了金属化后的SiC陶瓷与GH99的钎焊连接。SiC陶瓷/GH99间接钎焊接头界面组织结构为：SiC陶瓷/TiC+Ti5Si3+Ti2Ni/AgCu共晶+Ti2(Ni,Cu)+GNPs+TiC/Cu(s,s)+TiCuNi2+Ag(s,s)+Cr(s,s)/GH99。钎焊过程中，纳米TiC颗粒使Ti2(Ni,Cu)相弥散分

6、布在钎缝基体中，形成了第二相颗粒增强的Ag基复合钎缝组织。此外，GNPs阻碍了原子之间的扩散，从而抑制了GH99侧条带状TiCuNi2脆性化合物层的生长，提高了接头的塑性。当钎焊温度为860°C，保温时间为5min的条件下，采用复合钎料成分为AgCuTi-1wt.%GNPs时获得的接头强度最高，为26.4MPa，与相同条件下采用纯AgCuTi钎料时的最高接头强度相比提高了151.4%。通过改变GNPs含量研究了复合钎料成分对接头性能改善的原因。复合钎缝组织中弥散分布的第二相粒子通过载荷转移、位错强化和Orowan强化等机制强化了钎缝基体，提高了钎缝组织强度。此外，通过复合钎缝自

7、身调节热膨胀系数和弹性模量降低了接头物理性能的错配，缓解了接头残余应力，提高接头力学性能。关键词：SiC陶瓷；GH99；钎焊；复合钎料；界面组织；强化机制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSiC-GH99superalloy(GH99)compositecomponentshavebeenwidelyutilizedinseveralfieldssuchaasaerospace.However,highresidualstressouucrredatthebrazedjoi