ZrC-SiC陶瓷与TC4钛合金的钎焊工艺及机制研究
发布时间：2022-11-07 19:59
航空航天技术的快速发展伴随着对高温结构材料更高的性能要求,使得耐超高温陶瓷材料的研发及应用广受关注。其中,Zr C-Si C陶瓷（简称ZS陶瓷）作为一种新型的耐超高温陶瓷,耐热温度极高且抗氧化性优良,可作为新一代姿控发动机喷管构件制造材料。TC4钛合金作为熟知的航天航空常用材料,具有低密度、高比强度、优异的耐腐蚀性以及抗疲劳性等特点。将ZS陶瓷与TC4钛合金进行可靠连接是ZS陶瓷实际应用于喷管构件的基础,既能满足其高温服役要求,又尽可能保证轻量化。陶瓷/金属钎焊体系中,陶瓷材料往往存在表面惰性问题难以和钎料形成冶金结合,而TC4钛合金容易发生过度溶解导致母材性能急剧下降。因此本文采用Cu-Zr合金体系对ZS陶瓷与TC4钛合金进行钎焊连接,揭示其接头形成过程。同时针对钎焊过程中存在的问题优化钎料成分,制备石墨烯增强复合钎料进一步提高钎焊接头质量,实现ZS陶瓷与TC4钛合金的高质量连接。采用Cu-54Zr对ZS陶瓷与TC4钛合金进行钎焊连接,接头典型界面组织结构为ZS陶瓷/Ti C/（Ti,Zr）2Cu+（Zr,Ti）2Cu+Ti（s,s）+（T...
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 ZS陶瓷与TC4的钎焊性能分析
1.3 ZS陶瓷的连接研究现状
1.3.1 ZS陶瓷的研究现状
1.3.2 ZrC及 SiC陶瓷的连接
1.4 石墨烯辅助钎焊的研究现状
1.4.1 石墨烯及其制备方法
1.4.2 石墨烯增强复合钎料的研究现状
1.5 本文的研究内容
第2章 试验材料、设备及方法
2.1 试验材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 钎焊钎料
2.2 试验设备
2.2.1 石墨烯生长设备
2.2.2 钎焊设备
2.3 试验过程
2.3.1 原位生长石墨烯工艺流程
2.3.2 钎焊连接工艺流程
2.4 界面组织分析及力学性能测试
2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.4.2 X射线衍射(XRD)分析
2.4.3 拉曼(Raman)光谱分析
2.4.4 力学性能测试
第3章 Cu-54Zr钎焊ZS陶瓷与TC4 钛合金接头组织与性能分析
3.1 引言
3.2 Cu-54Zr钎焊ZS陶瓷/TC4 钛合金典型界面分析
3.3 钎焊工艺参数对接头界面组织的影响
3.3.1 钎焊温度对接头界面组织的影响
3.3.2 保温时间对接头界面组织的影响
3.4 接头界面结构组织演变机制
3.5 ZS陶瓷/Cu-54Zr/TC4 接头力学性能分析
3.5.1 工艺参数对接头力学性能的影响
3.5.2 接头断裂位置分析
3.6 本章小结
第4章 VFG/Cu-12Zr复合钎料的制备及钎焊ZS陶瓷与TC4 钛合金
4.1 引言
4.2 钎料成分对润湿性的影响
4.3 VFG/Cu-12Zr复合钎料制备过程
4.4 生长工艺对VFG形态及分布的影响
4.4.1 分散剂含量对VFG生长的影响
4.4.2 生长温度对VFG生长的影响
4.4.3 保温时间对VFG生长的影响
4.4.4 气体压强对VFG生长的影响
4.4.5 射频功率对VFG生长的影响
4.5 最佳生长工艺参数下的VFG表征
4.5.1 生长VFG最佳工艺参数
4.5.2 VFG的拉曼光谱表征
4.6 VFG/Cu-12Zr钎焊ZS陶瓷/TC4 接头界面组织及性能
4.7 本章小结
第5章 VFG对钎焊接头强化机制分析
5.1 引言
5.2 VFG对 ZS陶瓷/Cu-12Zr/TC4 体系接头界面组织及性能的影响
5.3 VFG增强钎焊接头机制
5.3.1 界面反应及组织演变分析
5.3.2 接头残余应力理论计算
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强金属基复合材料制备方法的研究进展[J]. 徐祥,宋玲玲,官雨柔,赵慧,闫翠霞,蔡金明. 材料热处理学报. 2019(05)
[2]陶瓷与金属异种材料连接技术研究现状[J]. 逯春阳,马志鹏,姜海成,张茗瑄,于海洋. 焊接. 2018(09)
[3]CuZr非晶中热膨胀系数与非晶形成能力的关系[J]. 李洋洋. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2016(04)
[4]AgCu+nano-Al2O3复合钎料钎焊TC4合金与Al2O3陶瓷:界面结构及接头性能[J]. 赵一璇,王美荣,宋晓国,唐冬雁,冯吉才,王昕. 稀有金属材料与工程. 2015(04)
[5]ZrC--SiC复合陶瓷扩散焊接头界面组织及力学性能[J]. 宋昌宝,林铁松,何鹏,贾德昌. 硅酸盐学报. 2014(03)
[6]ZrC超高温陶瓷复合材料的研究进展[J]. 马宝霞,郭二军,王丽萍. 材料导报. 2013(03)
[7]Cf/SiC复合材料与钛合金Ag-Cu-Ti-Cf复合钎焊[J]. 熊进辉,黄继华,张华,赵兴科. 焊接学报. 2010(05)
[8]SiC陶瓷与TiAI合金的真空钎焊[J]. 刘会杰,李卓然,冯吉才,钱乙余,陶秋燕,赵正伟. 焊接. 1999(03)
博士论文
[1]ZrC-SiC陶瓷与TC4钛合金钎焊工艺及机理研究[D]. 石俊秒.哈尔滨工业大学 2018
[2]ZrCx陶瓷活性扩散连接工艺及机理研究[D]. 潘瑞.哈尔滨工业大学 2018
[3]ZrC-SiC陶瓷与Nb瞬时液相扩散连接工艺及界面反应机理[D]. 宋昌宝.哈尔滨工业大学 2014
[4]原位自生TiB晶须增强Al2O3/TC4钎焊接头组织结构及性能研究[D]. 杨敏旋.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]VFG/CuTi钎焊SiO2复合材料与Invar合金工艺及机理研究[D]. 郝通达.哈尔滨工业大学 2016
[2]SiC基复合陶瓷与Invar合金钎焊工艺及连接机理研究[D]. 吴祖亮.哈尔滨工业大学 2016
[3]Cu5Zr、Cu5Hf和CuZr的结构、力学及电子性质的研究[D]. 伊国辉.燕山大学 2015
[4]石墨烯+Sn-Ag-Cu复合钎料性能研究[D]. 黄亦龙.哈尔滨工业大学 2015
[5]置氢TC4钛合金与C/SiC复合材料钎焊工艺及机理研究[D]. 王宇欣.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3704308
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【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.2 ZS陶瓷与TC4的钎焊性能分析
1.3 ZS陶瓷的连接研究现状
1.3.1 ZS陶瓷的研究现状
1.3.2 ZrC及 SiC陶瓷的连接
1.4 石墨烯辅助钎焊的研究现状
1.4.1 石墨烯及其制备方法
1.4.2 石墨烯增强复合钎料的研究现状
1.5 本文的研究内容
第2章 试验材料、设备及方法
2.1 试验材料
2.1.1 钎焊母材
2.1.2 钎焊钎料
2.2 试验设备
2.2.1 石墨烯生长设备
2.2.2 钎焊设备
2.3 试验过程
2.3.1 原位生长石墨烯工艺流程
2.3.2 钎焊连接工艺流程
2.4 界面组织分析及力学性能测试
2.4.1 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.4.2 X射线衍射(XRD)分析
2.4.3 拉曼(Raman)光谱分析
2.4.4 力学性能测试
第3章 Cu-54Zr钎焊ZS陶瓷与TC4 钛合金接头组织与性能分析
3.1 引言
3.2 Cu-54Zr钎焊ZS陶瓷/TC4 钛合金典型界面分析
3.3 钎焊工艺参数对接头界面组织的影响
3.3.1 钎焊温度对接头界面组织的影响
3.3.2 保温时间对接头界面组织的影响
3.4 接头界面结构组织演变机制
3.5 ZS陶瓷/Cu-54Zr/TC4 接头力学性能分析
3.5.1 工艺参数对接头力学性能的影响
3.5.2 接头断裂位置分析
3.6 本章小结
第4章 VFG/Cu-12Zr复合钎料的制备及钎焊ZS陶瓷与TC4 钛合金
4.1 引言
4.2 钎料成分对润湿性的影响
4.3 VFG/Cu-12Zr复合钎料制备过程
4.4 生长工艺对VFG形态及分布的影响
4.4.1 分散剂含量对VFG生长的影响
4.4.2 生长温度对VFG生长的影响
4.4.3 保温时间对VFG生长的影响
4.4.4 气体压强对VFG生长的影响
4.4.5 射频功率对VFG生长的影响
4.5 最佳生长工艺参数下的VFG表征
4.5.1 生长VFG最佳工艺参数
4.5.2 VFG的拉曼光谱表征
4.6 VFG/Cu-12Zr钎焊ZS陶瓷/TC4 接头界面组织及性能
4.7 本章小结
第5章 VFG对钎焊接头强化机制分析
5.1 引言
5.2 VFG对 ZS陶瓷/Cu-12Zr/TC4 体系接头界面组织及性能的影响
5.3 VFG增强钎焊接头机制
5.3.1 界面反应及组织演变分析
5.3.2 接头残余应力理论计算
5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强金属基复合材料制备方法的研究进展[J]. 徐祥,宋玲玲,官雨柔,赵慧,闫翠霞,蔡金明. 材料热处理学报. 2019(05)
[2]陶瓷与金属异种材料连接技术研究现状[J]. 逯春阳,马志鹏,姜海成,张茗瑄,于海洋. 焊接. 2018(09)
[3]CuZr非晶中热膨胀系数与非晶形成能力的关系[J]. 李洋洋. 哈尔滨师范大学自然科学学报. 2016(04)
[4]AgCu+nano-Al2O3复合钎料钎焊TC4合金与Al2O3陶瓷:界面结构及接头性能[J]. 赵一璇,王美荣,宋晓国,唐冬雁,冯吉才,王昕. 稀有金属材料与工程. 2015(04)
[5]ZrC--SiC复合陶瓷扩散焊接头界面组织及力学性能[J]. 宋昌宝,林铁松,何鹏,贾德昌. 硅酸盐学报. 2014(03)
[6]ZrC超高温陶瓷复合材料的研究进展[J]. 马宝霞,郭二军,王丽萍. 材料导报. 2013(03)
[7]Cf/SiC复合材料与钛合金Ag-Cu-Ti-Cf复合钎焊[J]. 熊进辉,黄继华,张华,赵兴科. 焊接学报. 2010(05)
[8]SiC陶瓷与TiAI合金的真空钎焊[J]. 刘会杰,李卓然,冯吉才,钱乙余,陶秋燕,赵正伟. 焊接. 1999(03)
博士论文
[1]ZrC-SiC陶瓷与TC4钛合金钎焊工艺及机理研究[D]. 石俊秒.哈尔滨工业大学 2018
[2]ZrCx陶瓷活性扩散连接工艺及机理研究[D]. 潘瑞.哈尔滨工业大学 2018
[3]ZrC-SiC陶瓷与Nb瞬时液相扩散连接工艺及界面反应机理[D]. 宋昌宝.哈尔滨工业大学 2014
[4]原位自生TiB晶须增强Al2O3/TC4钎焊接头组织结构及性能研究[D]. 杨敏旋.哈尔滨工业大学 2012
硕士论文
[1]VFG/CuTi钎焊SiO2复合材料与Invar合金工艺及机理研究[D]. 郝通达.哈尔滨工业大学 2016
[2]SiC基复合陶瓷与Invar合金钎焊工艺及连接机理研究[D]. 吴祖亮.哈尔滨工业大学 2016
[3]Cu5Zr、Cu5Hf和CuZr的结构、力学及电子性质的研究[D]. 伊国辉.燕山大学 2015
[4]石墨烯+Sn-Ag-Cu复合钎料性能研究[D]. 黄亦龙.哈尔滨工业大学 2015
[5]置氢TC4钛合金与C/SiC复合材料钎焊工艺及机理研究[D]. 王宇欣.哈尔滨工业大学 2010
本文编号：3704308
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jinshugongy/3704308.html
