扩散连接技术在异种材料连接中的运用

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1、西安理工大学研究生课程论文/研究报告西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称：扩散与固态相变课程代号：任课教师：赵康论文/研究报告题目：扩散连接技术在异种材料连接中的运用完成日期：2012年10月30日学科：学号：1208050417姓名：刘明志成绩：西安理工大学研究生课程论文/研究报告扩散连接技术在异种材料连接中的运用摘要：近年来，新材料在生产中的应用，经常遇到这些材料本身或与其他材料的连接问题。一些新材料如陶瓷、金属间化合物、非晶态材料及单晶合金等的可焊性差，用传统熔焊方法，很难实现可靠的连接。随着技术的发展，

2、一些特殊的高性能构件的制造，往往要求把性能差别较大的异种材料，如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等连接在一起，这也是传统熔焊方法难以实现的，现在不但要连接金属，而且要连接非金属，或金属与非金属。因此，连接所涉及的范围远远超出传统熔焊的概念。为了适应这种要求，近年来作为固相连接的方法之一扩散连接技术引起人们的重视，成为连接领域新的研究热点，正在飞速发展。本文主要介绍了扩散连接技术的原理以及影响扩散连接性能的诸因素，为分析研究具体的异种材料的扩散连接提供理论依据。关键词：扩散连接、固相扩散、瞬时液相扩散、中间层扩散连

3、接是在一定的温度和压力下，经过一定时间，连接界面原子间相互扩散，实现的可靠连接。1扩散连接方法特点1）扩散连接的优点主要有：接合区域无凝固(铸造)组织，不生成气孔、宏观裂纹等熔焊时的缺陷；同种材料接合时，可获得与母材性能相同的接头，几乎不存在残余应力；可以实现难焊材料的连接，对于塑性差或熔点高的同种材料、互相不溶解或在熔焊时会产生脆性金属间化合物的异种材料（包括金属与陶瓷），扩散连接是可靠的连接方法之一；精度高，变形小，精密接合；可以进行大面积板及圆柱的连接；采用中间层可减少残余应力。2）扩散连接的缺点：无法进行连续式

4、批量生产；时间长，成本高；接合表面要求严格；设备一次性投资较大，且连接工件的尺寸受到设备的限制。3）扩散连接的分类：西安理工大学研究生课程论文/研究报告2扩散连接的原理扩散连接也是压力焊一种变形，与常用压力焊方法（冷压焊、摩擦焊、爆炸焊、超声波焊）相同的是在连接过程中要施加一定的压力，不同的主要在于温度-压力强度及过程的持续时间。扩散连接是零件整体连接的方法，这种连接接头是在原子水平上形成的，它是相互接触的表面，在高温和压力的作用下，被连接表面相互靠近，局部发生塑性变形，经一定时间后保证结合层原子间相互扩散，形成整体水

5、平上的可靠连接。2.1固相扩散连接的原理固相扩散连接主要由以下三个阶段完成：第一阶段为物理接触阶段，这是保证整个表面都可靠接触，只有接触面达到一定的距离，原子间才能相互作用形成原子间的结合，才能形成可靠的连接。在高温下微观不平的表面，在外加压力的作用下，总有一些点首先达到塑性变形，在持续压力的作用下，接触面逐渐增大，而达到整个面的可靠接触。第二阶段则是接触表面的激活阶段，物理接触面积逐渐扩大，在接触界面的某些点处形成活化中心，在这个区域可以进行局部化学反应。接触界面原子间的相互扩散，形成牢固的结合层。第三阶段是形成可靠

6、接头阶段，在接触的部分形成的结合层，逐渐向体积方向发展，形成可靠的连接接头。扩散连接的三阶段模型示意图如图2：上述过程相互交叉进行，最终在连接界面处由于扩散、再结晶等生成固溶体及共晶体，有时生成金属间化合物，形成可靠的连接接头。该过程不但应考虑扩散过程，同时应考虑界面生成物的性质，如性能差别较大的两种金属，在高温长时间扩散时，界面极易生成脆性金属间化合物，而使接头性能变差。西安理工大学研究生课程论文/研究报告2.2液相扩散连接基本原理液相扩散连接方法自20世纪50年代以来，在弥散强化高温合金、纤维增强复合材料、异种金属

7、材料以及新型材料的连接中得到了大量应用。该方法也称瞬时液相扩散连接（TransientLiquitPhase），通常采用比母材熔点低的材料作中间夹层，在加热到连接温度时，中间层熔化，在结合面上形成瞬间液膜，在保温过程中，随着低熔点组元向母材的扩散，液膜厚度随之减小直至消失，再经一定时间的保温而使成分均匀化。瞬时液相扩散连接过程示意图如下图3所示。a)形成液相b)低熔点元素向母材扩散c)等温凝固d)等温凝固结束e)成分均匀化液相扩散连接的过程主要由三个阶段完成：第一阶段是液相的生成，将中间扩散夹层材料夹在被连接表面之间，

8、施加一定的压力，或依靠工件自重使相互接触。然后在无氧化或无污染的条件下加热，当加热到连接温度TB时，形成共晶液相（上图a）。第二阶段是等温凝固过程，液相形成并充满整个焊缝缝隙后，应立即开始保温，使液-固相之间进行充分的扩散，由于液相中使熔点降低的元素大量扩散至母材内（图b），母材中某些元素向液相中溶解，使液相的熔点逐渐升高而凝固，