钛与铝异种金属连接的研究现状与进展.pdf

学兔兔 r缛掳 专题综述 。 。 钛与铝异种金属连接 的研究现状与进展 四威集 团 成都 四威 高科技 产业 园有 限公司(611731) 敬小军 王远荣 张巨鹏 哈尔滨工业大学 先进焊接与连接国家重点实验室(150001) 吕世雄 摘要 钛和铝广泛应用于航空航天领域 ，二者之间的连接一直备受关注。综述了国内外钛与铝异种金属焊接 的研究现状 ，系统地归纳总结了其焊接方法、工艺特性及钛 ／铝接头的组织性能。控制钛 ／铝界面化合物脆性相的 生长 ，改变其形貌、分布、厚度和相组成是获得优质钛／铝连接接头的关键。详细分析钛与铝异种金属熔钎焊的关 键问题 ，在此基础上展望了钛与铝焊接的研究前景。 关键词： 钛／铝 异种金属 焊接 中图分类号：TG454 0 前 言 1 钛／铝钎焊 钛合金具有 比强度高、抗腐蚀、耐高温等优势，但 钛／铝钎焊的研究集中在工艺优化与新型钎料的 高成本极大地限制其推广应用_】J。随着高强铝合金 研制方面。 的发展，其强度和断裂韧性逐渐能满足航空、航天等领 日本学者T．Takemoto等人 早在 1988年开展了 域的使用要求 J。钛合金和铝合金组成的钛／铝复合 铝基钎料钎焊钛与铝的研究，分析硅元素对界面组织 构件具备多方面的优势：①比强度高；②优异的低温韧 和物相结构的影响规律。研究结果表明：钎焊接头界 性和抗腐蚀性能；③质量轻；④成本低。最大限度地利 面反应层的厚度受钎料成分影响较大，硅元素使反应 用了钛和铝的功能特点，并降低结构质量和成本 ，可满 层厚度降低至数微米，化合物物相跟硅含量有关。当 足现代工业轻质化、结构功能一体化和低成本设计要 Si含量为0～0．8％(质量分数)时，界面层为TiA1，相； 求 。 当si含量增加到3％一10％(质量分数)时，界面层包 异种材料复合构件制备方法中，焊接无疑是最理 括Tj。Al23和TiAlSi两种物相。钎焊温度为670—700 想的连接方法 J。然而，钛和铝在晶格类型、原子半 时，TiA1相反应层厚度随钎焊时间呈线性规律变 径、电负性等方面相差显著，存在冶金学不相容性。焊 化。台湾学者 S．Y．Chang1【o]于 2012年报道了一种 接时接头内易产生金属间化合物，导致接头脆性破坏。 Al-Si—Cu—Ge钎料，实现了Ti-l5Al-4V与6061铝钎焊。 另外，二者在熔点、密度、比热容、线膨胀系数等方面差 cu和Ge元素降低了钎料熔点，改善铝基钎料在钛表 异巨大，接头内应力大，应力集中显著，从而导致低应 面的润湿铺展性能，接头抗剪强度达51MPa。 力破坏 【卜 。从上世纪50年代至今，焊接工作者在钛 赵慧飞等人… 开展了3A21铝合金和Ti6A14V钛 与铝异种金属焊接方面开展了大量研究。研究涉及的 合金的钎焊。基于正交试验原理，在A1．11．5Si合金中 焊接方法呈多样化，各具特色又相互补充 ，大致可分为 添加sn和Ga两种组元。结果发现sn和Ga可降低铝 钎焊、固相焊和熔 一钎焊三大类。文中详细阐述了钛 硅钎料熔点，改善钎料在钛表面的润湿性，且对接头组 与铝焊接的研究现状和进展情况，归纳了钛与铝异种 织有利 。正交优化认为，同时加入 10％Sn(质量分数) 金属熔一钎焊面临的主要问题，并对其连接研究前景 和0．2％Ga(质量分数)元素钎焊工艺性较理想。曲文 进行了展望，以期为焊