材料化学,第二章,缺陷与扩散.docx

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1、材料化学,第二章,缺陷与扩散材料化学 其次章 缺陷与扩散 本文关键词：其次章，扩散，缺陷，化学，材料材料化学 其次章 缺陷与扩散 本文简介：其次章缺陷与扩散2。1扩散的基本学问扩散系数与温度的关系可以用式2-1-1来描述。其中的为晶格中的原子从一个稳定位置移动到另一个相邻的稳定位置之间要克服的能垒。扩散系数的单位是，它反映了某物质在肯定状况下扩散的难易程度。反映扩散规律的基本公式为菲克第一和其次定律：菲克第肯定律：，式中的是扩散通量，材料化学 其次章 缺陷与扩散 本文内容：其次章缺陷与扩散2。1扩散的基本学问扩散系数与温度的关系可以用式2-1-1来描述。其中的为晶格中的原子从一个稳定位置移动到

2、另一个相邻的稳定位置之间要克服的能垒。扩散系数的单位是，它反映了某物质在肯定状况下扩散的难易程度。反映扩散规律的基本公式为菲克第一和其次定律：菲克第肯定律：，式中的是扩散通量，单位为或；是扩散物质的浓度；负号表示扩散方向与浓度梯度方向相反。第肯定律适用于稳态扩散的状况，对三维扩散，；对一维扩散，。菲克其次定律：，描述了浓度随时间的改变规律。式中右边的第一项表示干脆和物质的扩散性质有关的影响；其次项表示体系运动的影响；第三项表示体系中化学反应的影响。晶体中的扩散路径为：1）表面扩散2）晶界扩散3）位错扩散4）晶格扩散若用分别代表单独通过这四种路径扩散所需能量，用分别代表这四种扩散途径的扩散系数，

3、则有：，。可见扩散由1）到4）是由易到难的，故一般状况下晶体内的扩散以晶格扩散为控速环节。2。2扩散驱动力扩散的驱动力是体系中存在的化学位梯度。从微观角度考虑：体系中的A物质沿方向扩散时，作用在每一个原子上的力为：式2-2-1其中的是体系中某位置A原子的摩尔化学位，是阿佛加德罗常数。用表示A原子的迁移率或称“淌度”，定义A原子的运动速度：式2-2-2-考虑到A原子的摩尔化学位（和分别为A原子的活度和浓度），并将式2-2-2代入式2-2-1，得：参考一维扩散的菲克第肯定律，可以从上式得出：式2-2-32。3扩散的微观机制从扩散的微观机制来分类，扩散可分为：1）空位扩散：面心立方晶体中的主要机制。

4、2）间隙扩散：一般对晶格较疏松的晶体或半径较小的离子适用。3）环位扩散我们把原子的扩散考虑成从一个平衡位置到相邻的另一个平衡位置的跳动，并假设跳动的距离为，跳动频率为，在相邻的平衡位置间跳动所需越过的能垒为；原子在某平衡位置的振动频率为，配位数为，则有：式2-3-1由于晶格是三维的，某原子跳动的自由度也是三维的，该原子向某一特定的方向跳动的的几率为向各方向跳动几率总和的1/6，故：式2-3-2对不同机制的扩散，上式右边应再乘以对扩散起作用的缺陷的浓度，如对空位扩散，应乘以空位的浓度；假如是空位的形成以肖脱基缺陷为主，那么由第一章的学问，并把式2-3-1代入式2-3-2，得：由和，得：把式中与温

5、度无关的项合并设为，则式2-3-3取对数得：。做图线，高温时斜率为，低温时热缺陷的贡献小，斜率为。见图*2。4掺杂浓度与扩散的影响上一节我们探讨了晶体中自发产生的热缺陷（肖脱基缺陷）引起的空位扩散系数与温度的关系，下面我们将探讨在人为掺杂引起的缺陷影响下扩散系数与温度的关系。总的来说，扩散系数仍满意类似式2-3-3的关系，只不过右边应再乘以掺杂引起的空位浓度；另外，必需考虑掺杂的固溶度：加入的杂质量小于固溶度时，由缺陷反应方程式来确定空位与加入缺陷数量之间的关系；加入的杂质量大于固溶度时，则由固溶平衡常数来确定晶体中的实际空位浓度。以中掺入引起钾离子空位扩散为例：1）当加入微量（加入量小于在中

6、的固溶度）时，由缺陷反应方程式：，有，则：2）当加入的超过固溶度时，由固溶平衡：，则：从以上探讨可以看出，当加入的量不同时，对扩散系数的影响程度是不同的。和上一节类似，可以做图线，如图*图中反映出不同温度阶段，对扩散有贡献的不同方面，这从斜率不同可以看出。除了扩散离子自身的扩散实力所确定的始终存在外，高温阶段热缺陷起较主要的作用，图线斜率为；中温阶段掺入的杂质全部固溶，此阶段温度提高对增大固溶度已没有意义，而对热缺陷此阶段温度还不够高，故斜率为；低温阶段主要是固溶度的影响，所以斜率为。2。5非化学计量化合物中的扩散在第一章中我们学习了一些常见的非化学计量化合物的有关学问，本节中我们将探讨它们的

7、空位扩散系数与温度和氧分压的关系。对等缺阳离子型化合物，其缺陷反应的通式为：，相当与氧气的“溶解”；平衡常数。则金属离子通过空位扩散的扩散系数：对上式进行处理，将与温度有关的焓项提出来，可做（温度肯定）和（氧分压肯定）图线，如图*。在图中，高温区由于热缺陷占主要地位，故斜率为；低温区热缺陷影响很小，又考虑到非化学计量的影响，斜率为，其中的表示氧气“溶解”的自由焓。以上我们具体推导了缺阳离子型的非化学计量化合物，其扩散系数与外界条件（温度、氧分压）的关系，对其他几种类型的非化学计量化合物，大家可以按此方法自行推导，此处不再赘述。2。6扩散系数与电导率的关系探讨扩散系数的目的之一就是为了探讨化合物

8、的导电规律。这节我们主要推导扩散系数和电导率的关系式，并把宏观的扩散系数与微观的离子对电导的贡献联系起来。电流的表达式：，其中为导电离子的价数，J为电流密度，为电子电量。由2。2节的学问，晶体中该导电离子沿方向的运动速度：式2-6-1其中的为电势，就是作用在该导电离子上的力。，也就是前面提到的扩散的驱动力。考虑到（C是该离子的密度），将式2-6-1代入电流表达式，有：。又电导率，故。再由式2-2-3，则：。式2-6-2也可写成：，其中的是载流子浓度，是载流子电量。由此，在知道载流子状况的基础上，可以通过测电导率而得知扩散系数。以上我们只考虑了晶体中的某一种离子的贡献，而事实上可能有多种离子（包

9、括电子和空穴）都参加导电，总的电导率。定义“迁移数”，它描述了当晶体中有多种离子导电时，第种离子对总电导率的贡献。当然。那么第种离子的扩散系数，同理可以由求出。2。7应用本节的目的是：通过介绍生产和生活中的实例，进一步理解第一章和其次章的学问点，并驾驭非化学计量化合屋的特别用途。例1稳定的制成的氧分压传感器其简洁原理已在第一章中介绍过，示意图见图*设A端氧分压较B端高，当在A、B端的铂电极上通电时，两端的反应式为：A端：；B端：。总反应的吉布斯自由能变，又由方程：电化学反应的吉布斯自由能变，其中Z为反应所转移的电荷数，E为电极间的电动势差，F为法拉第常数。那么：。上式中的温度T和电极间的电动势

10、E都是人为可控量，所以知道了T和E，又知道某一端如A端的氧分压，就可求出B端的氧分压了。例2用参比电极测冶炼无氧铜时的瞬时氧分压测量的示意图见图*。在无氧铜的冶炼过程中，需对液态铜中溶解的氧含量进行不断的监控。我们可以认为外界的氧气溶在液铜中：，那么溶解的氧含量就可以通过“氧分压”来表示了。在参比电极上发生的反应为：，此反应可认为是的生成反应，则平衡常数：。由此可测出无氧铜中的瞬时氧分压也即氧的含量。例3用稳定和参比电极测的标准生成吉布斯自由能变示意图见图*。在端，反应式为：（1）在端，反应式为：（2）总反应为：（3）由于反应（1）和（2）可以看作是生成反应的逆反应和的生成反应，故由物理化学的

11、学问，总反应的吉布斯自由能变：故的生成吉布斯自由能变。从而可求出。此外，由于和标准生成吉布斯自由能变是随温度的不同而改变的，所以通过上式还可得到随温度改变的关系式：。例4用稳定和参比电极测的标准生成吉布斯自由能变是无法用单质干脆制取的一种化合物，一般用和合成，所以其生成反应是：。测的标准生成吉布斯自由能变的装置示意图见图*。在端，反应式为：（1）在端，反应式为：（2）总的反应式就是：（3）故反应（3）的吉布斯自由能变就是的标准吉布斯生成能，。篇2：扩散焊的原理及应用-材料工程扩散焊的原理及应用-材料工程 本文关键词：扩散，原理，材料，工程扩散焊的原理及应用-材料工程 本文简介：扩散焊的原理及应

12、用姓名：乐雄学号：153112113专业：材料工程摘要：简介扩散焊的原理、分类及特点，从扩散焊加热温度、压力及保温时间等工艺参数和中间层材料选择以及焊后质量检测方面进行了综述，并探讨了扩散焊应用的发展趋势，认为新材料或难焊材料及其构件的扩散焊工艺、中间层的研制和开发、工艺参数的优化、扩散焊的原理及应用-材料工程 本文内容：扩散焊的原理及应用姓名：乐雄学号：153112113专业：材料工程摘要：简介扩散焊的原理、分类及特点，从扩散焊加热温度、压力及保温时间等工艺参数和中间层材料选择以及焊后质量检测方面进行了综述，并探讨了扩散焊应用的发展趋势，认为新材料或难焊材料及其构件的扩散焊工艺、中间层的研制

13、和开发、工艺参数的优化、工艺标准和焊后检测验收标准的建立及完善、扩散焊的数值模拟和仿真等方面探讨会成为今后探讨重点。关键词：扩散焊；瞬时液相扩散焊；真空扩散焊ThetheoryandapplicationofdiffusionbondingAbstract：Thetheory,classificationandcharacteristicsofdiffusionbondingareintroduced.Thetechnologyparameters,intermediatelayermaterialselectionandweldingqualityinspectionaresummarize

14、d.Thedevelopmentandimprovementofnewmaterialsorhardmaterials,theoptimizationofprocessparameters,theestablishmentandimprovementofthestandardofwelding,numericalsimulationandSimulationofdiffusionweldingarediscussed.Keywords:diffusionbonding；transientliquidphasediffusionbonding；vacuumdiffusionbonding扩散焊也

15、称扩散连接，是指在肯定的温度和压力下使待焊表面相互接触，通过微观塑性变形或通过在待焊表面上产生液相而扩大待焊表面的物理接触，然后经过较长的时间的原子相互扩散来实现结合的一种焊接方法1。扩散焊是异种金属、耐热合金、复合材料、陶瓷等的主要连接方法，有着广泛的应用前景。扩散焊在导电装置和元件的加工制造、电真空器件制造、机械制造工业以及航空航天等方面都有着广泛的应用。尤其在航空航天方面，航空工业是扩散焊最重要的应用领域。据报道，2美国在近十年间，用扩散焊接和超塑性成形扩散焊接组合工艺制造了大量B-1轰炸机的性合金组件，包括重要的翼板、平衡器支座、舱壁、具梁等66种之多，同时还焊接了航天飞机主发动机推动

16、器结构，它由25个扩散焊接零件组成。用这种方法制造飞行器组件可有效地减轻结构重量、节约珍贵材料，从而降低生产成本。国外扩散焊技术相对成熟，而国内扩散焊接则起步不久。因此扩散焊有着重要的探讨意义，本文主要阐述扩散焊的相关原理及其优点，及介绍重要的扩散焊技术，从工艺参数等方面介绍国内外探讨进展，并对今后发展做出了展望。1.扩散焊的原理、分类及特点1.1.扩散焊接头的原理要使金属在不熔化状况下形成良好的焊接接头，就必需使待焊面紧密接触以达到原子引力范围内形成金属键。而材料表面不行能是完全平整和光滑，实际表面还存在氧化膜、污物和表面吸附层，都会影响接触面上金属原子形成金属键，而两母材表面晶体位相也不同

17、，不同材料晶体结构也不同，这些都会影响材料的连接效果。所以有必要对焊接接头进行加压和加热，使表面的氧化膜裂开，表面发生塑性变形和高温蠕变，从而加快两材料的扩散连接。为了便利探讨，通常将扩散焊分为以下四个阶段探讨。第一阶段为初始物理接触阶段，表面不平整，只有部分接触点接触，如图1a所示。其次阶段为塑性变形阶段，在外加压力的作用下，通过屈服和蠕变机理是使表面发生塑性变形，而且表面的接触面积渐渐增大，最终达到整个界面的牢靠接触，界面未达到紧密接触区域形成界面空洞，如图1b所示。第三阶段为元素扩散与反应阶段，接触面的原子间相互扩散，形成紧密结合，如图1c所示，由于变形引起晶格畸变、位错、空位等缺陷，使

18、界面能量显著增加，原子处于高度激活状态，有利于扩散。第四阶段为体扩散阶段，微孔渐渐消逝，如图1d所示，组织成分渐渐匀称化，最终达到晶粒穿过晶界界面生长，原始界面消逝。图1.扩散焊的四个阶段示意图当然这四个阶段也不是截然分开的，而是相互交叉进行，经过扩散过程形成牢靠连接。1.2.扩散焊的分类及特点按被焊材料的组合形式来分可分为无中间层扩散焊和加中间层扩散焊，根据焊接母材不同，也可分为同种材料扩散焊和异种材料焊接。异种材料焊接在接头处会形成不同于机体的新相，新相的性能确定焊接接头的性能，因此探讨元素在接头中的扩散规律并预料新相的生成极其重要。Fick4、Bottzmann3和Matono4等对扩散

19、系数D进行了大量探讨。Fick提出第肯定律，D不随浓度的改变而改变，即：当扩散系数D随着浓度改变而改变，即扩散体系为非稳态，Bottzmann用分别变量法：在此基础上，Matano用图解法提出了不同浓度下的扩散系数方程：以上式中：J是扩散通量；C是元素浓度；t是保温时间；x是元素扩散距离；D是扩散系数。张蕾5等探讨氢对TC4钛合金扩散焊加工影响的机理得出氢元素主要通过加速原子扩散、增大再结晶驱动力、促进塑性变形以及蠕变这三方面来改善TC4钛合金扩散焊加工性。根据焊接接头是否出现液相可分为固相扩散焊和液相扩散焊。由于固相扩散焊面临着塑性变形的困难的问题，须要很高的连接温度和实施较大的压力，通常须

20、要较长的时间，而且固相焊接设备困难，接头形式也有肯定的限制，生产效率比较低。而瞬时液相扩散焊则能够弥补其缺点。英国DavidsDuvall6等人首次通过相图及金属学原理说明了瞬时液相扩散焊TLP(transientliquidphasediffusionbonding，TLP)。瞬时液相扩散焊是将中间层放置在待连接材料连接表面之间，在加热过程中，由于达到中间层的熔点或者是由于中间层和母材相互扩散形成共晶反应产物而导致形成一种低熔点的液相合金，从而形成一层薄的液相中间层；液体填充了待连接材料表面之间的空间，并且有时还能溶解残留在表面的杂质；随着溶质原子向母材中接着扩散，发生等温凝固；等温凝固结束

21、后，没有残留液相存在的痕迹，形成了和母材成分基本相像的连接接头7。由于瞬时液相扩散焊与钎焊一样都有微量的液相作用。但是与钎焊相比，钎焊侧重于对母材的润湿，TLP技术则侧重于降溶元素向母材的扩散，优势在于对母材表面氧化膜有肯定的自清理实力，可形成无中间层残留、无界面，微观组织及力学性能与母材相像的接头，可获得重熔温度高于焊接温度的焊接接接头8。由于真空技术的发展，真空技术与扩散焊接技术结合形成了真空扩散焊技术。真空扩散焊是在真空、高温柔施加肯定压力的条件下，被焊材料表面原子经过较长时间相互扩散、相互渗透，最终实现材料永久连接的方法，与熔化焊相比，真空扩散焊具有焊接过程与空气隔绝，焊接变形小甚至无

22、变形、节约材料、耐腐蚀性和母材的相当等优点9。另外，由于材料超塑性的发觉，人们又独创了一种利用材料的高延展性来加速界面接触过程，形成了超塑性成形扩散焊。由于超塑性材料所具备的超细晶粒，大大增加了界面区的晶界密度和晶界扩散的作用，显著增加了孔洞和界面消逝的过程1。超塑性扩散焊可以是两边母材具有超塑性，也可以是添加超塑性中间层材料实现扩散连接。2.扩散焊工艺对扩散焊的影响2.1.加热温度加热温度是扩散焊最重要的焊接参数，在肯定的温度范围内，扩散速度随温度的增加而加快，接头强度也相对较高。受焊接件和夹具高温强度、母材成分、表面状态、中间层材料及相变的影响，很多金属材料和合金的加热范围一般为0.60.

23、8Tm（k）（Tm为母材的熔点）。何鹏11等采纳钛为中间层，对TiAl合金与镍基高温合金(GH99)进了扩散连接，探讨了扩散连接接头的界面结构和连接温度对界面结构及连接性能的影响，并对连接界面反应层的形成机制进行探讨；结果表明GH99/Ti/TiAl的界面结构为:GH99/(Ni,Cr)ss/富Ti-(Ni,Cr)ss/TiNi/Ti2Ni/-Ti+Ti2Ni/Ti(Al)ss/TiAl+Ti3Al/TiAl;随着连接温度的上升，各反应层厚度增加，接头的抗剪强度先增加后减小;在连接温度1173K，连接时间30min，连接压力20MPa时，抗剪强度最高为260.7MPaOhsasa12等人建立了

24、Ni合金的动力学模型，通过差分法进行扩散的计算，得到焊接温度与焊接时间对元素扩散起到的作用。2.2.保温时间保温时间是指焊接件在焊接温度下的保持时间。保温时间太短，扩散焊接头达不到稳定的与母材相等的强度，在高温高压下保持时间太长，对扩散焊接头起不到进一步提高的作用，反而会使母材晶粒长大。保温时间与温度和压力是亲密相关的，采纳较高的温度和压力就可以缩短焊接时间。从提高生产率的角度讲，保温时间越短越好。林红香13等人Zr/Cu/Zr瞬间液相扩散连接Ti(C,N)陶瓷基体试验，重点探讨了保温时间对元素扩散及界面反应产物的影响；结果表明：在特定焊接工艺条件下，界面处元素Ti、Al、Zr、Cu发生互扩散

25、，形成以Ti(C,N)/CuZr2+CuZr+ZrO/Cu为主要组织的过渡型界面，接头最高弯曲强度可达320MPa；最优工艺参数为950、3MPa下，保温时间15min30min，此时界面组织匀称致密，可获得力学性能较高的焊接接头。Nishimoto14等人采纳MBF80非晶态中间层在1250/30min和1275/25min两种工艺条件下对CMSX-2单晶镍基合金进行TLP连接，焊后固溶时效处理。试验发觉，TLP接头在650900的高温抗拉强度稍大于CMSX-2基体，且长久强度与母材相近。李晓红15等人以本国第一代镍基单晶高温合金DD3为探讨对象,采纳DIF为中间层合金在1250C保温4,2

26、4,36h，得出1250/4h扩散焊接头在焊接中心线处断续分布有少量块状相和W，Mo，Cr复合碳硼化合物相外,其它部分已获得与母材组织、成分基本一样的y+Y双相组织,沉淀相尺寸约为0.51.2um。2.3.压力施加压力的主要作用是使结合面微观突起的部分产生塑性变形，从而达到紧密接触促进界面区的扩散，加速再结晶的过程。较高的压力可产生较大的表层塑性变形，使表层再结晶温度降低，加速晶界迁移。高的压力有利于第四阶段的进行，有利于微孔的收缩和消退，也可削减异种金属的扩散孔洞。焊接压力也不宜过大过大会导致焊件变形，同时对设备的要求过高，从经济的角度考虑应当选择较小的压力。对于瞬时液相扩散焊，压力参数仅仅

27、是让焊接面能良好的接触为目的，若是添加中间层材料能有效的提高扩散速度，可以不施加压力或施加较小的压力。以Ni71CrSi高温钎料作为中间层金属对GH3128镍基高温合金进行焊接试验，通过对强度测试结果的正交分析发觉，焊接温度是对接头力学性能其确定性影响的因素，各个因素的常温性能的影响依次为：焊接温度保温时间焊接压力；各个因素对高温力学性能影响的依次为：焊接温度焊接压力保温时间7。由此可见合理的限制压力参数也是至关重要的。2.4.中间层材料的选择为了降低扩散焊连接温度、保温时间和压力，提高接头性能，促进扩散的进行，扩散焊时常会在待焊材料之间插上中间层，特殊是对于异种材料的连接，中间层材料则显得尤

28、为重要。中间层对高温合金的固态扩散焊起着重要的作用，主要体现在促进接合面变形、增加贴合面积、加速扩散、降低连接温度和时间、阻碍有害金属间化合物的形成等方面16。为保证焊接质量及焊接试验的顺当进行，中间过渡层的选择主要遵循以下两点：中间层材料的热膨胀系数介于母材之间；中间层金属不与基体金属产生不良的冶金反应，如生成脆性金属间化合物等有害相8。北京航空材料探讨院的李晓红、毛唯等人17对国内自行研制的其次代单晶合金DD6的过渡液相扩散焊工艺进行了探讨，所采纳中间层合金的主要成分与DD6母材基本一样，同时加入肯定量的B作为降熔元素，采纳129012h规范扩散焊接头的连接界面，约一半区域为与DD6母材类

29、似的组织，其他区域则为固溶体基体上分布着不同形态的硼化物，其980的长久性能接近母材性能指标的90；延长扩散焊保温时间至24h，连接界面上的不匀称区域削减，其980和1100的长久性能分别达母材性能指标的90100和7080。对于镍基高温合金的焊接，由于它变形困难，采纳固相扩散焊需较大的压力和较长的时间，会导致材料晶粒的粗化，严峻损害材料的性能。HanWB等人18等利用镍箔作中间层对IN718进行固相扩散焊探讨，试验发觉，当采纳25um镍箔，焊接温度为12731323K，压力2030MPa，保温时间在4560min时可以获得良好的焊接界面，室温下断裂位置发生在母材侧。周媛19等采纳磁控溅射技术

30、在TA15钛合金表面沉积Ti薄膜，在DD6单晶高温合金表面沉积Ni薄膜，以Ti,Ni薄膜作为中间层进行低温扩散焊探讨。通过X射线衍射分析发觉Ti,Ni薄膜均为多晶体结构；采纳AFM分析发觉，沉积薄后，TA15钛合金和DD6单晶基片的表面粗糙度均有所降低。以Ti,Ni薄膜作为中间层在800/20MPa/2h规范下实现了TA15钛合金和DD6单晶高温合金的异种材料低温扩散连接。通过扫描电镜和能谱分析表明：Ti，Ni两元素均扩散至另一母材界面，整个接头呈现分层组织，主要为Ti2Ni和TiNi相。Gale等人提出了“宽间隙”TLP扩散焊的概念，用于TiAl金属间化合物材料(铸造Ti-48at%Al-2

31、at%Cr-2at%Nb合金)及NiAl-Hf与镍基高温合金MM247的连接；这种“宽间隙”TLP连接采纳一种复合中间层，它由一个液相形成组元加一个名义上的非熔组元组成20。Duvall等人采纳NiCo为中间层连接Ni基耐热合金，形成了无界面的连接接头，接头有效性达100；Nieman和Garrett等人利用共晶连接的方法，用Cu作中间层低温低压连接AlbB复合材料；这种方法也被用来连接TiAl接头，但是接头区域由于出现了中间金属相，接头没有达到预期的性能2125。2.5.材料表面处理焊接表面的清洁度和平整度对焊接接头也有重要的影响。在扩散焊组装之前必需对扩散焊表面进行处理，主要包括加工符合要

32、求的表面粗糙度、平直度，去除表面氧化物，消退表面的有机物膜，一般经过除油，机械加工、磨削、研磨和抛光，酸洗等措施，有时还采纳真空烤箱烘烤以获得干净表面。对于机加工的硬化层常采纳化学侵蚀的方法清理。表面处理的要求还与焊接温度与压力有关，随着连接温度和压力的提高，对表面的要求就越来越低。2.6.阻焊剂扩散焊时为了防止压头与焊接件或焊接件之间的区域被扩散焊粘接在一起，须要加阻焊剂。阻焊剂的熔点或软化点一般高于焊接温度，具有较好的高温化学稳定性，不与焊件夹具或压头发生化学反应，不影响焊件表面，不破坏爱护气氛或真空度。钢-钢扩散焊时，可用人造云母片作为隔离压头；钛-钛扩散焊时，可涂一层氮化硼或氧化钇粉。

33、3.焊后质量检测扩散焊接头焊接质量检查方法采纳随机抽查进行金相检查，并配以超声波等无损检测的手段。现在，尚无牢靠的无损检测方法来检查非常紧密接触的，且晶粒生长未穿过界面不良焊合区域的接头。生产和试验中用超高频（50MHz）的超声扫描检测装置来检查，只对明显分别的未焊合和尺寸较大的孔洞才有效。因此，必需开展探讨，摸索牢靠的检测方法。当前，还没有用于国内航空扩散焊质量验收的标准，须要通过对工艺参数及工艺程序的探讨和实际应用积累来建立行之有效的标准26。何鹏等11采纳扫描电镜、电子探针和X射线衍射等方法分析连接界面，焊后依据标准DIN85261977，以抗剪强度值评价接头连接强度。国外在钎焊、扩散焊

34、接头的无损检测方面探讨报道较多20，对于焊缝一面为平面或近似平面的结构，多采纳超声C扫描检测焊缝中的未焊合、气孔等缺陷，但对于扩散焊接头中简单产生的一种紧贴的弱结合缺陷，超声C扫描几乎不能检出。涡流检测技术已用于检测钎焊蜂窝的焊料分布状况，渗透检验技术则被用于焊缝外缘焊合状况检测。但对于一些零件形态特殊困难或焊缝四周结构使得接头检测无法实施的焊接，往往须要通过其它途径解决。超声波检测起着特别重要的作用，但是超声波检测也存在着时间辨别低、反射率低、波长大于缺陷尺寸等的不足，尽管瞬时液相扩散焊接在工业生产中的应用越来越广，然而其接头质量的检测远远没有达到令人满足的结果；因此，要让瞬时液相扩散焊得到

35、广泛应用就应当在与它相关的工艺方面进行完善，这是瞬时液相扩散焊发展的一个方向27。4.扩散焊的数值模拟与仿真为了更好地探讨扩散焊规律，借助于计算技术，对接头行为进行数值模拟，以便找到共同规律，同时对扩散连接过程及质量进行预料与实时限制无疑也是今后的探讨重点28。Grant等29依据TLP的焊接原理模拟出的焊接过程图；焊接前期，焊接温度达到中间层熔点，中间层温度上升，中间层溶化；焊接温度接着上升，中间层完全溶化，降融元素向两边扩散，部分母材发生液化；加热温度接着上升，达到最大值，中间层两侧母材进一步发生液化，液宽达到最大值。加热方式导致母材表面受热温度先达到最大值，导致先发生溶化，以及受挤压作用

36、导致的液体的外溢，潮湿的损失，导致过渡层不匀称;等温凝固阶段，中间层向母材扩散的速度介于固态和液态扩散系数之间，母材与中间层元素发生相互扩散，液相宽度变小；匀称化阶段，由于中间层与母材之间的元素扩散，中间过渡层成分稳定，晶粒生长;元素扩散基本完成，晶粒再结晶完成，过渡层与母材成分基本相同，焊接完成。5.展望随着国内新型航空发动机工作温度的逐步提高，镍铝基金属化合物、钛铝基金属间化合物和镍基单晶高温合金以及粉末合金、陶瓷和复合材料等难焊材料的连接渐渐增多。扩散焊以其焊接材料范围广且焊接接头强度和成分接近母材而作为首选焊接方法，也越来越被焊接工作者所青睐。综上对扩散焊温度、压力、保温时间，中间层的

37、选择和焊后质量检测等方面的探讨，我认为扩散焊应向以下几个方面发展：（1）新材料及难焊材料的扩散焊工艺的研发。随着新材料的研发与制备的发展，相应的材料连接技术也应得到发展，才能使材料发挥其优异性能。（2）扩散焊工艺参数的优化。探究最优扩散焊工艺，实现大规模生产，节约生产时间，降低生产成本。（3）瞬时液相扩散焊中间层的研发。探究各种材料扩散焊的中间层合金体系并进行完善，为各种材料扩散焊技术供应参考。（4）扩散焊设备的研制与开发。由于扩散焊设备一次性投资成本高，且多是国外设备，限制了扩散焊技术的适用性。国内应加强扩散焊设备的研制和开发，做到国产化，降低生产成本。（5）焊后质量检测方法的完善。目前一般

38、通过扫描电镜、X射线、无损检测等方法，以及对焊接接头的强度检测来评判焊接质量，须要进一步完善焊接检测方法。（6）焊后质量验收标准的完善。对于焊接工艺和焊接接头的好坏，及其是否达到工程标准的检验标准的完善。（7）扩散焊的计算机模拟与仿真。随着计算机技术的发展，扩散焊也可实现计算机模拟与仿真。计算机模拟元素的扩散过程有利于探讨扩散焊的动力学，为获得高性能接头供应理论指导。总之，扩散焊还有很多问题须要解决。国外的扩散焊技术已广泛应用航空工业，达到国际领先水平还有很长的路要走。参考文献1杨立军材料连接设备及工艺M，北京：机械工业出版社，2022.10.2W.A.OwczarkiandD.F.Paulo

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