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C/C復合材料與鈦及鈦合金的焊接好不好
鈦合金比強度高、抗腐蝕性能好、綜合力學性能優(yōu)異，是目前航空航天領域的明星材料。將鈦合金與具有優(yōu)異高溫性能的C/C復合材料連接起來能夠獲得質量輕、高溫性能好、能夠滿足一定結構強度要求的連接件，在航空航天等領域有著廣泛的應用前景。銀基、鈦基釬料是C/C復合材料與鈦合金釬焊常用的釬料。
M.Singh等人采用三種釬料釬焊C/C復合材料與純鈦，三種釬料分別為Cu-ABA,TiCuNi和TiCuSi，均呈箔狀，厚度約為50 μm。分析發(fā)現(xiàn)，在釬焊過程中溶質的再分配和擴散導致的冶金結合保證了釬料對基體的潤濕性。C/C復合材料中的C纖維束的取向影響了接頭的性能，采用Cu-ABA釬料能夠獲得最佳的接頭性能；C纖維束的方向垂直于Ti管軸獲得的接頭承載能力最高，C纖維束的方向平行于Ti管軸獲得的接頭承載能力最低。
郭偉等人對C/C復合材料和TC4鈦合金的釬焊進行了研究，采用的釬料為AgCu釬料(72Ag-28Cu，質量分數(shù)，%)。釬焊溫度820～940 ℃，保溫3～30 min。焊接時TC4鈦合金中的Ti擴散到釬料和C/C復合材料中，提高了釬料對C/C復合材料的潤濕性并且和釬料、母材發(fā)生化學反應。試驗證明，可以通過AgCu釬料釬焊C/C復合材料和TC4鈦合金，接頭界面為TC4/Ti2Cu+Ti(s.s)/Ti2Cu/TiCu/Ag(s.s)+Ti3Cu4/TiC/C/C復合材料，獲得的接頭剪切強度在880 ℃時可保持33 MPa達10 min。
秦優(yōu)瓊等人采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶態(tài)合金釬料釬焊C/C復合材料和TC4鈦合金。在C/C復合材料、TC4鈦合金與箔狀鈦基釬料之間分別加入一層Cu中間層和一層Mo中間層，這樣一方面可避免釬料與TC4鈦合金母材形成大量鈦銅、鈦鎳等脆性化合物，另一方面可緩解由于母材與釬料熱膨脹系數(shù)差異在接頭處產(chǎn)生的殘余應力。結果證明,這種方法能用于C/C復合材料和TC4鈦合金的釬焊，且隨著釬焊溫度的增加和保溫時間的增長，Cu和Mo中間層的溶解加劇，形成連續(xù)、厚度較大的反應層。
由于銀基、鈦基釬料對C/C復合材料的潤濕性較差，需要提高溫度來改善釬料對母材的潤濕性，當釬焊溫度超過了鈦合金的相變溫度時，會導致整體結構的韌塑性下降。因此,焊前對C/C復合材料進行表面處理，在C/C復合材料表面添加一些與釬料潤濕性好的材料，可以降低釬焊溫度，提高接頭的性能[18]。李爭顯等人[19]在TC4鈦合金表面沉積一層鎳層，厚度為3 μm，采用真空釬焊焊接TC4鈦合金與C/C復合材料，釬料采用銀基釬料和鎳基釬料，釬焊溫度為800～850 ℃，保溫時間15 min，得到的釬焊接頭室溫剪切強度達到48 MPa。
綜上所述，目前釬焊是C/C復合材料與鈦合金焊接的主要手段，銀基釬料、鈦基釬料等均可用于C/C復合材料與鈦合金的釬焊。
鈦合金與C/C復合材料釬焊的優(yōu)勢在于Ti本身對C/C復合材料的潤濕性比較好，但是釬焊溫度超過鈦合金相變溫度時會降低釬焊接頭的性能。通過在母材表面沉積鎳層等處理方式可以降低釬焊溫度，保證釬焊溫度不超過鈦合金的相變溫度。
鈦合金與C/C復合材料的釬焊主要依靠釬料與母材元素的潤濕與擴散，因此采用合理釬焊溫度和保溫時間來保證釬料母材的充分反應，避免產(chǎn)生過量金屬間化合物。更多碳碳復合材料信息可查看http://sunkanghua.cn
