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納米化對加鎳中間層的0Cr18Ni9Ti不銹鋼/TA17鈦合金擴散連接的影響
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間：2013-09-12
鈦及鈦合金具有密度低、比強度高、抗腐蝕能力優異等優點，在航空航天、石油化工及核動力領域有廣泛應用。但是，由于鈦的彈性模量低、抗蠕變能力差，鈦及鈦合金價格昂貴也使其在應用中受到了限制。鈦和鋼鐵材料結合起來能充分發揮兩種材料在性能與經濟上的互補優勢，具有廣闊的應用前景。采用表面納米化的方法來提高原子間的擴散在國內外已有大量的研究。本文采用高能噴丸對TA17鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼進行了表面自納米化處理，用鎳箔中間層對納米化的鈦合金/不銹鋼進行脈沖加壓擴散連接試驗，研究接頭界面組織與元素分布特點，以分析表面自納米化對擴散連接界面結構及微觀組織的影響機制，為縮短連接時間、提高接頭性能做了基礎研究。
實驗所用材料為TA17近α型鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼的棒材，直徑為12mm。其中鈦合金的熱處理狀態為熱軋后750℃下再結晶退火1h，其化學成分(質量分數,%)為：4.5Al，2.2V，0.01C，0.04Si，0.069Fe，0.023N，0.003H，0.05O，余量為Ti；不銹鋼為熱軋態，其化學成分(質量分數,%)為：0.04C，0.47Si，0.29Ti，8.37Ni，17.22Cr，1.21Mn，0.02S，0.034P。中間層材料采用純鎳箔，厚度為12.5μm。高能噴丸所用設備為6050型噴丸機。脈沖加壓擴散連接實驗在Gleeble-1500D熱模擬試驗機進行。焊前采用酸洗方法(不銹鋼：6%HCl,2%HF和92%水，室溫，10s；鈦合金：80%HNO3，20%HF，100℃，30s)去除表面氧化膜，并用丙酮清洗表面油脂。脈沖加壓連接工藝參數：溫度850℃，升溫和降溫速度都為5℃/s，脈沖壓力為8～50MPa，脈沖頻率為0.5Hz，脈沖次數為40次(時間為80s)，脈沖加壓后保溫時間為120s。連接后的試樣在400℃下退火1h以消除連接殘余內應力。
采用高能噴丸對TA17鈦合金和0Cr18Ni9Ti不銹鋼表面自納米化處理，在850℃下加鎳箔中間層對納米化的鈦合金/不銹鋼進行了脈沖加壓擴散連接，研究表明，表面自納米化處理有利于Ni原子向鈦基體中擴散，促進接頭的冶金結合。在相同工藝條件下，利用菲克定律計算得到，納米化處理后Ni原子在鈦基體中的擴散系數為2.94×10-13m2s-1，是在常規粗晶鈦基體中的擴散系數(1.46×10-13m2s-1)的兩倍。
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