材料控制论文 绪论.doc

第1章 绪论 工程上对传统的焊接认识是将被焊的两工件在熔化的状态下，通过焊料使被焊工件结合的一种工艺方法。然而，焊接接头却存在着不稳定的因素：接头的夹渣、结合力不高、焊件变形等缺陷。这些都是困扰企业提高生产效率和产品质量的因素。 另一方面由于航空、航天、空间技术以及微电子技术的发展，在一些关键部件上因材料焊接性较差而影响到部件的安全性、使用寿命以及单材质材料在应用中性能上的缺陷，因此复合材料和异种材料连接结构得到了较大的发展，这些材料或结构使用一般的连接方法都难于达到理想的效果。 TLP连接方法的出现满足了这些难连接结构的需要，因而在上述领域中TLP连接方法具有广阔的工程应用前景。 1.1 TLP连接技术国内现状 我国的扩散焊和钎焊技术，可追溯到秦始皇时期。在西安兵马俑出土的铜马车的制造上，就使用了扩散焊和钎焊技术。目前，钎焊材料的生产属于有色金属行业，而电焊条属于黑色金属行业，这两个行业虽有很大差别，但也有许多共同之处。钎焊与扩散焊技术，在原中国焊接协会的二十三个专业委员会中，（现已调整为十三个），是近年来最活跃、最具发展潜力的专业领域之一。 1993年中国焊接学会在青岛召开“第七届全国焊接学术会议”以来，钎焊专业委员会分别于1994年、1995年、1996年在浙江金华市、湖南大庸市、江苏扬中市召开了第七届、第八届、第九届全国钎焊与扩散焊技术交流会，尤其是1998年10月在江苏无锡召开的第十届全国钎焊与扩散焊技术交流会，收到论文100多篇。四届会议共收到论文近300篇，其中1994年第七届51篇，1995年第八届58篇，1996年第九届68篇。1998年第十届100多篇。论文逐年增加的同时，参会人数更是一届比一届多。与此同时，1994年国际焊接学会（IIW）第47届年会在北京召开，1994年、1995年中国电子学会焊接专业委员会召开的学术会议，我国钎焊与扩散焊工作者提交的论文总数达到113篇。这些统计数字充分说明了我国钎焊与扩散焊技术的研究与应用，在国家经济建设中正发挥着越来越大的作用。 北京航空材料研究院采用钛基非晶箔带作为中间层合金，对瞬间液相扩散焊TLP）工艺，接头的组织和性能，元素分布情况进行了研究和测试分析。2500年Smith建议Tutankhamen国王的金质匕首的纪念物上使用该方法。12世纪Theophilus也使用了同样的方法。在公元6世纪，Cellini使用颗粒CuO涂料混合牛脂或胶作为中间层将小金球连接到金质艺术品上，其过程是首先将艺术品在压缩火焰上加热，使得Cu和Au形成共晶体液相，在火焰上均匀化之后，形成无中间层残留的扩散连接结构。18世纪的Little Key to Medieval Arts杂志上也描述了该方法。应当注意的是TLP连接方法最初的应用是建立在同相、同组分系统的基础上的，而现代TLP理论是建立在二元共晶合金系统基础上的。 现代TLP连接方法最初的应用是在上世纪50年代末期，用来连接Ni基、Co基等各种耐热合金。随着技术和工艺的发展，TLP连接方法可以广泛应用于Ti合金、Ni基、Co基耐热合金、半导体、复合材料、异种材料等使用传统方法连接困难的材料组合。 1955年，Tiner发现在Ag钎焊过程中，经过高温长时间连接，接头中间层没有检测到Ag的存在；并且形成的接头抗剪强度极高，但是可惜的是，他没有继续深入探讨。1959年Lynch等人在应用合金为中间层连接Ti时又出现了该现象。通过一系列微观分析表明，中间层材料在连接过程中发生了过量的溶解，并且最后形成了组织均匀的接头，称之为“有效的只有一种晶界的接头”。 Owczarski在1961年首先提出了和TLP相似的概念。连接Zn合金和304不绣钢时，由于没有合适的钎料，所以将Zn合金和304不绣钢两种材料简单地对接在一起，通过扩散控制共晶反应，Fe,Cr,Ni和Zn在980℃形成四元低熔共晶液相系统。连接形成的接头具有相当的强度和较好的抗腐蚀性，但是韧性较差，分析表明主要是由于在界面上形成了中间金属相混合物。 1970年Hoppin和Berry在连接Ni基耐热合金时提出了活性扩散连接的概念。中间层成分除了未确定的MPD之外（可能是P或者是B），其余成分基本和母材的成分相同。连接了包括Rene80在内的几种Ni基耐热合金，并进行了应力破坏试验，试验表明接头性能相当于母材强度的70%-90%，但韧性较低。 Duvall等人采用Ni-Co为中间层连接Ni基耐热合金，形成了无界面的连接接头，接头有交性达到了100%[9]。 Nieman和Garrett描述了共晶连接作为一种可能的用Cu作中间层低温低压连接Al-b-B复合材料的方法。该方法也可以用来加工Ti-Al接头，接头区域由于出现中间金属相，使得接头只能达到一定的性能。 液相界面扩散连接是在1