加压燃烧原位合成NiAl连接Ni基高温合金High_Temp_Alloy_CHN..docVIP

加压燃烧原位合成NiAl连接Ni基高温合金上海交通大学（200030） 朱丹平　大连铁道学院（116028） 刘伟平 摘要： 使用Ni-Al元素粉末混合压坯，采用加压燃烧合成连接技术，利用Gleeble-1500热力模拟试验机研究了金属间化合物NiAl的原位合成，成功地连接了Ni基高温合金。对接头进行了拉伸试验。研究分析了接头界面的金相组织和接头的断裂形式。关键词： 燃烧合成 连接 NiAl 金属间化合物 JOINING OF NICKEL BASED SUPERALLOYS USING NiAl IN-SITU SYNTHESIZED　BY PRESSURIZED COMBUSTION Shanghai Jiaotong University Zhu DanpingDalian Railway InstituteLiu WeipingAbstract In this study, the in-situ synthesis of intermetallic compound NiAl was studied. The pressed blanks of blended Ni-Al elemental powders were synthesized by pressurized combustion synthesis technique. The superalloys based on nickel had successfully bonded on the Gleeble-1500 thermal-mechanical simulation tester. The tensile test of the joint was done. The microstructure of the joint interface was investigated. The fracture of the joint was also analyzed. Key words: combustion synthesis, joining, NiAl, intermetallic compounds 0 前 言　　发展新的焊接方法、研究先进材料的连接技术具有十分重要的理论和现实意义。由于B2型有序金属间化合物NiAl其高熔点、低密度、良好的高温抗氧化和耐腐蚀性而倍受关注[1］。燃烧合成(Combustion Synthesis-CS)是近年来迅速兴起的材料制备新技术，将燃烧合成技术与连接技术相结合形成的燃烧合成焊接新技术对于新型高温结构材料（金属间化合物及其复合材料、陶瓷等）的连接具有较大的优越性[2]。 1 试验材料及方法　　将纯度分别是99.8%和99.5%的Ni、Al元素粉末以50：50的配比（原子百分比）配置成混合粉，充分混合研磨后，干燥去除在研磨过程中吸入的水蒸气，取1 g混合粉在400 MPa的单轴压力下制成φ10 mm的压坯，其密度达到70%的理论密度。焊接用母材采用IC-221M Ni3Al基高温合金的铸造件和GH-141 Ni基高温合金。　　焊接试验是在Gleeble-1500热模拟试验机的真空室（真空度高于5×10-1Pa）中进行的。典型焊接参数是：从室温以2 ℃/s 加热到200 ℃，在200 ℃保温5 min，以去除压坯中的残余气体，然后以20 ℃/s加热到1 100 ℃，同时加压力35 MPa，保温保压一段时间后冷却至室温。　　采用Neuphot32光学显微镜、Philip X-30扫描电子显微镜/Oxford 360能谱分析仪分析金相组织并进行元素的含量分析；并采用Shimadzu XRD-6000 X射线衍射分析仪进行物相确定。焊接接头的拉伸实验在WE-10A型材料试验机上进行。2 试验结果及讨论2.1 接头分析　　光学金相照片（图1）显示：焊缝组织均匀，没有明显的显微缺陷，晶粒大小均匀，焊缝金属与母材结合良好。高倍光学金相照片显示结合面有明显的锯齿状结构；图2是焊缝的扫描电子显微镜（SEM）照片，根据电子能谱（EDS）分析，焊缝基体是NiAl，组织均匀，平均晶粒尺寸在20μm左右，在晶界上分布有少量亮白的Ni3Al第二相颗粒，颗粒最大为5 μm，SEM照片中可见一些微孔，是燃烧合成过程中未完全致密化的结果。 Ni3Al第二相颗粒零星地分布在NiAl晶粒之间，其可能会成为潜在的裂纹源，而影响焊缝的力学性能。2.2 拉伸试验及断口分析　　拉伸断口的XRD谱（图3）表明：焊缝中主要成分是NiAl，并有微量的Ni3Al，与SEM+EDS分析结果相吻合。利用XRD谱中NiAl的（200），（210），（211），（220）衍射峰，采用最小二乘法计算得到多晶NiAl的晶格常数a=0.286