钛／铜异种金属连接技术研究进展.pdf

学兔兔 一 。／ 专题综述 r蜉搭 钛／铜异种金属连接技术研究进展 兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再if,0用国家重点实验室(730050) 冯 振 曹 睿 温宝峰 陈剑虹 摘要 分析了钛／铜异种金属焊接存在的问题，介绍了钛／铜异种金属连接技术的研究现状，主要涉及钎焊、摩 擦焊、爆炸焊、扩散焊及电子束焊等方法，同时指出这些焊接方法的特点、最新进展及适用性。对于推动钛／铜异种 金属焊接的科学研究及工程应用具有重要意义。 关键词： 钛及钛合金 铜及铜合金 异种金属连接 研究进展 中图分类号：TG406 性和功能性要求。然而由于钛和铜之间的物理和化学 0 前 言 性能差异较大，焊接时存在较大困难，因此对这一焊接 异种材料的焊接由于能够最大限度地利用材料的 问题的研究具有重大的理论意义和应用前景。 各自优点满足现代生产对材料结构性能多方面的要 1 钛／铜异种金属焊接性分析 求，而日益受到人们的重视。钛及钛合金具有低密度、 高强度、良好的塑性和韧性、良好的疲劳性能，有足够 钛／铜异种金属的焊接性不仅取决于材料本身的 的抗腐蚀性和高温强度、优异的生物相容性，最突出的 物理化学性能，还取决于两种材料间物理化学性能的 是比强度高，是一种优良的轻质结构材料，在航空航 差异。因此，异种材料连接一般情况下要比同种材料 天、车辆工程、生物医学工程等领域都得到了广泛的应 连接困难。 用¨]。铜及铜合金通常具有优良的导电、导热性能，良 (1)物理性能差异的影响。钛及钛合金与铜及铜 好的冷、热加工性能，高的抗氧化性以及抗淡水、盐水、 合金的熔化温度、线膨胀系数和导热系数等物理性能 氨碱溶液和有机化学物质腐蚀的性能，在电气、电子、 有较大差异，如表1所示。在二者连接过程中，将在其 动力、化工等工业部门中应用广泛 J。钛／铜异种金属 连接区产生残余应力，降低接头性能。 的优质高强连接，可以满足一些特殊结构部件的减重 (2)化学性能差异的影响。钛和铜的化学性能如 表1 钛和铜的物理性能 表2所示。两种材料化学性能的差异，即冶金学上的 成。 不相溶性，主要包括晶格类形、晶格常数、原子半径、原 根据钛一铜二元合金相图 可以看出，钛在高于 子最外层电子数的差异。虽然钛和铜的原子半径相差 882 时以体心立方晶格／3Ti形式存在，在低于882 oC 不大，但二者的晶体结构不同，钛是密排六方结构，而 时以密排六方晶格otTi形式存在。铜使钛的O／ 相 铜是面心立方结构。钛和铜在液态时有一定的互溶 变温度降低。在798℃和质量分数为7．1％(原子分数 性，固态时互溶性很小，且有多种脆性金属间化合物生 5．5％)铜处发生 一Ot+Ti cu共析反应，铜在ozTi固溶 收稿日期：2013—12一O5 体中的溶解度为质量分数2．1％(原子分数1．6％)，而 基金项目：国家自然科学基金 随着温度的降低，铜在(xTi溶体中的溶解度很快变小。 2014年第5期 15 学兔兔 表2钛和铜的化学性能