检索结果-南通市图书馆

作者：刘柏深哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着气候变暖的加剧,清洁能源作为一个重要议题成为了人们关注的焦点。其中核能具备能量储备大、碳排放量小、能量密度大等优点被屡次提及。但由于核能自身具备一定的危险性,故而在建造核电站和核电站升级的过程中便需要对现有的部分材... 详细信息

随着气候变暖的加剧,清洁能源作为一个重要议题成为了人们关注的焦点。其中核能具备能量储备大、碳排放量小、能量密度大等优点被屡次提及。但由于核能自身具备一定的危险性,故而在建造核电站和核电站升级的过程中便需要对现有的部分材料进行改良升级。Si C材料便是一个理想的包壳管代替材料,其具有较良好的力学性能和辐照稳定性。但由于其难以实现直接复杂结构成型,故而需要寻求高效、可靠的焊接方式。本文使用新型的快速烧结方法进行Si C接头的制备,实现上述目标。为筛选合适的钎料成分,首先对多种氧化物在空气环境下进行快速烧结,筛选其中具有良好成型的几种氧化物进行后续研究。多种氧化物混合后可改善组织形貌,并由于快速烧结方法的快速升温冷却,形貌中呈现较为细小的组织相,且具有较好的力学性能。经过筛选和测试,最终选择AlO-YO-Zr O的三组元氧化物YAZ陶瓷进行钎焊实验。使用YAZ陶瓷作为钎料中间层在不同热输入下进行实验。其接头形貌中出现明显的钎料向母材的渗透以及界面反应层,当热输入过大时则会出现过烧现象。YAZ陶瓷在截止功率为900W时达到最大平均剪切强度,达到105.67 MPa。断裂部位为母材,结合其界面结构和剪切强度实验中的位移分布分析得到,影响接头力学性能的主要因素为适当的热输入有利于钎料向母材渗透形成具有较好变形能力的接头界面,而过度的热输入则会导致母材过度烧蚀分解,影响接头强度。为进一步提升接头的力学性能,通过调节钎料中间层成分,获得了主要成分包括GdO-Ti O-AlO-YO-Zr O的GTYAZ多组分氧化物陶瓷。该陶瓷具有较好的力学性能。使用GTYAZ进行对Si C陶瓷的钎焊,并分析不同热输入下的接头形貌和力学性能。接头力学性能实现了进一步的提升,在截止功率达到700W时得到实验最大剪切强度,约为136.29 MPa。断裂部位为母材,且相较于YAZ陶瓷钎焊Si C的接头具有较小的热输入,降低了母材的热损伤,继而提升了接头的力学性能。

关键词： SiC陶瓷快速高温热循环氧化物陶瓷中间层多元氧化物钎料

Al2O3陶瓷与Kovar合金钎焊工艺研究

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Al2O3陶瓷与Kovar合金钎焊工艺研究

作者：王颖哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文针对陶瓷电器中Al2O3陶瓷与Kovar合金活性钎焊连接方法产业化的迫切要求,采用商用Ag-Cu-Ti钎料对Al2O3陶瓷与Kovar合金进行了钎焊连接。在此基础上以降低成本、灵活控制Ti元素含量为出发点,自行配制Ag-Cu共晶+TiH2活性粉末钎料,进行... 详细信息

本文针对陶瓷电器中Al2O3陶瓷与Kovar合金活性钎焊连接方法产业化的迫切要求,采用商用Ag-Cu-Ti钎料对Al2O3陶瓷与Kovar合金进行了钎焊连接。在此基础上以降低成本、灵活控制Ti元素含量为出发点,自行配制Ag-Cu共晶+TiH2活性粉末钎料,进行Al2O3陶瓷与Kovar合金的钎焊连接。采用试验研究和理论分析结合的方法,对两种接头界面结构及其综合性能进行了深入研究。通过对Al2O3陶瓷/Ag-Cu-Ti/Kovar合金接头界面反应的试验和分析,确定钎焊温度为900℃、保温时间为5min时,从Al2O3陶瓷侧到Kovar合金侧,界面结构依次为TiO+TiFe+TiNi3/Ag-Cu共晶/TiFe2+TiNi3/TiFe2+Cu(s, s)+Ag(s, s)。同时发现Kovar合金中的金属元素Fe、Co、Ni与钎料中的活性元素Ti之间的相互作用降低了Ti元素的活度,对Al2O3陶瓷与钎料之间的反应产生不利影响。并且钎焊温度越高保温时间越长这种影响越明显,造成Al2O3陶瓷/钎料界面反应减弱,而界面中TiFe2、TiNi3金属间化合物增多。以抗剪强度评价Al2O3陶瓷/Ag-Cu-Ti/Kovar合金接头的力学性能,发现当钎焊温度为900℃保温时间为5min时,接头抗剪强度最高,达144MPa,接头漏气率<1.6×10-9Pa·m3/s,完全可以满足使用要求。以Kovar合金作为中间层,进行Al2O3陶瓷和不锈钢圆筒大尺寸结构件的连接。使用有限元数值模拟的方法研究接头的残余应力的分布,进行接头形式优化设计,获得了连接良好的Al2O3陶瓷/Kovar/不锈钢接头。对于Ag-Cu共晶+TiH2活性粉末钎料,TiH2的脱氢程度是影响连接质量的关键。通过对TiH2的差热分析,解明其脱氢过程,制定出合理的钎焊工艺,一次完成TiH2的脱氢和Al2O3陶瓷与Kovar合金的钎焊连接。在钎焊温度950℃、保温5min时,接头抗剪强度最高,达163MPa,超过了采用商用Ag-Cu-Ti钎料时的接头强度。

关键词： Al2O3陶瓷 Ag-Cu-Ti钎料 Ag-Cu共晶+TiH2活性粉末钎料界面结构抗剪强度

E40/304L异种钢超声辅助水下湿法焊接工艺研究

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E40/304L异种钢超声辅助水下湿法焊接工艺研究

作者：夏栋林哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,异种钢焊接构件在海洋工程中应用越来越广,其随之而来的水下修复问题也日渐受到重视。本课题针对超声辅助焊接的特点以及异种钢水下湿法焊接的难点,提出采用超声辅助异种钢水下湿法焊接的方法,力求通过超声作用影响焊接过程,改... 详细信息

近年来,异种钢焊接构件在海洋工程中应用越来越广,其随之而来的水下修复问题也日渐受到重视。本课题针对超声辅助焊接的特点以及异种钢水下湿法焊接的难点,提出采用超声辅助异种钢水下湿法焊接的方法,力求通过超声作用影响焊接过程,改善焊接接头组织,减少缺陷,以提高异种钢水下湿法焊接的接头质量。首先进行了异种钢超声辅助水下湿法工艺试验。在正交试验得到了最佳堆焊工艺参数的基础上进一步实验发现,当送丝速度为9m/min,焊接电压为30V,焊接速度为2.5mm/s,导电嘴到工件之间的距离为15mm时,得到的焊缝成形最好。随着焊接电压的增加,熔宽逐渐增大,余高逐渐较小,熔深变化不明显;随着送丝速度的增加,熔宽逐渐增大,余高也逐渐增大,熔深变化不明显;随着焊接速度的增加,熔宽逐渐减小,余高也逐渐减小,熔深变化不明显。当辐射端高度为70mm时,超声作用对焊缝表面成形质量的改善效果最为明显。异种钢超声辅助水下湿法焊接的对接焊缝成形质量明显优于异种钢常规水下湿法焊接。然后研究了辐射端高度、焊接电压和送丝速度对电弧稳定性的影响规律。当辐射端高度为70mm时的电弧稳定性最佳。随着焊接电压的不断增加,两种焊接方法的电弧稳定性都先提高后降低。当焊接电压为30V时,焊接电弧的稳定性最高。随着焊接电压的不断增加,焊接过程中的熔滴过渡模式从短路过渡向短路过渡和自由过渡的混合过渡再向自由过渡转变。超声作用能够降低断弧时间比例和短路时间比例,提高燃弧时间比例,从而提高电弧稳定性。随着送丝速度的不断增加,两种焊接方法的电弧稳定性都随之降低。随着送丝速度的不断增加,焊接过程中的熔滴过渡模式从自由过渡向短路过渡和自由过渡的混合过渡转变。最后研究了超声作用对异种钢水下湿法焊接接头的微观组织和力学性能的影响。接头的微观组织分析表明:焊缝区的微观组织为奥氏体和δ铁素体;E40侧的热影响区包括粗晶区、细晶区、不完全淬火区和回火区四部分;304L侧的热影响区组织为粗化的奥氏体组织。超声作用能够促使焊缝中心粗大的柱状晶组织向细小的等轴晶转变。在超声作用下,E40侧的熔合区宽度显著降低,合金元素混合更加均匀。超声作用下,接头的抗拉强度得到提高,此时接头的拉伸断口为典型的韧性断口,不施加超声时接头的拉伸断口具有韧性断口和脆性断口的混合特征。超声作用下,焊缝的冲击韧度得到提高,此时焊缝的冲击断口为典型的韧性断口,不施加超声时焊缝的冲击断口具有韧性断口和脆性断口的混合特征。超声作用能够提高焊缝区的硬度。

关键词：异种钢超声辅助水下湿法焊接电弧稳定性微观组织力学性能

电化学腐蚀辅助钎焊C/C与Nb的工艺与强化机制研究

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电化学腐蚀辅助钎焊C/C与Nb的工艺与强化机制研究

作者：纪旭哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

C/C复合材料选择石墨作为基体,使用高强度,高模量的碳纤维作为增强体,得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料具备比重轻,耐摩擦,导热性良好等特性。可以广泛应用于航空航天,民用工业等领域。在实际应用中,常使用延展性较高的Nb作为过渡材料与... 详细信息

C/C复合材料选择石墨作为基体,使用高强度,高模量的碳纤维作为增强体,得到的碳纤维增强陶瓷基复合材料具备比重轻,耐摩擦,导热性良好等特性。可以广泛应用于航空航天,民用工业等领域。在实际应用中,常使用延展性较高的Nb作为过渡材料与C/C复合材料进行钎焊连接。然而,两者的属性差异导致接头存在较高的应力集中,严重降低了生产应用中的性能需求。为此,本文选择对陶瓷表面结构改善、复合钎料优化设计(BNi2+W)、HEA中间层钎焊连接来解决接头中存在的问题,实现C/C复合材料与Nb的有效结合。基于C/C复合材料具有导电性且碳纤维与基体存在电阻率差异,采用NaOH溶液对C/C复合材料表面结构进行电化学腐蚀调控,改善后的陶瓷结构增加了与钎料的结合面积,同时两者相互交错形成梯度过渡缓解属性差异。研究发现,在3V/30min的腐蚀参数下,陶瓷的表面的腐蚀效果达到最佳状态。钎料渗入纤维周围缝隙形成相互钉扎结构,此时C/AgCuTi交织区深度为80μm,接头强度可提升至37.7 MPa。为了满足接头在高温下的使用需求,同时减少焊缝中过多的脆性化合物,在使用BNi2作为钎料的基础上,选择添加高温力学性能优异的高熵合金(HEA)作为中间层。HEA自身具有较高的塑性,在钎焊过程中阻挡金属Nb元素向陶瓷侧扩散的同时,也可以吸收钎料中的脆性化合物生成元素。陶瓷侧的连续反应层相得到控制,焊缝中的化合物相也多被固溶体所替代。当HEA厚度为200μm时应力会得到充分释放,接头最佳强度在常温时为36.8MPa,800℃高温下为29.3MPa。由于HEA中间层对钎料元素的吸收作用有限,为进一步调节陶瓷与HEA之间属性差异,同时提高该区域高温性能,通过在BNi2中添加熔点高、热膨胀系数低的W颗粒来进行优化。NiW的形成有效抑制了焊缝中其它含Ni脆性相的数量,同时W对钎料中Cr元素的固溶结合使得陶瓷侧连续反应层变薄,W、NiW在焊缝中的均匀分布在一定程度上也起到弥散强化的作用。当W(200nm)含量为30wt%时,C/C-HEA接头强度最高在常温时为37.8MPa,1000℃高温时为26.4MPa。将上述三种方法在最佳状态下整合到一起进行钎焊连接,得到的优化组合C/C-Nb接头剪切强度在常温时最高可提升至39.5MPa,1000℃时提高到33.6MPa。

关键词：电化学腐蚀高熵合金中间层复合钎料 C/C

304L不锈钢与16Mn钢水下湿法焊接工艺及机理研究

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304L不锈钢与16Mn钢水下湿法焊接工艺及机理研究

作者：马蔷哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

当304L不锈钢与16Mn钢在水下进行湿法焊接时,由于16Mn钢的导温系数较低且水的冷却速度较快,导致16Mn钢侧的接头熔化不充分,从而给焊接工艺的选择带来了困难;由于304L不锈钢和16Mn钢的化学成分存在差异,所以304L/16Mn异种钢接头的微观组... 详细信息

当304L不锈钢与16Mn钢在水下进行湿法焊接时,由于16Mn钢的导温系数较低且水的冷却速度较快,导致16Mn钢侧的接头熔化不充分,从而给焊接工艺的选择带来了困难;由于304L不锈钢和16Mn钢的化学成分存在差异,所以304L/16Mn异种钢接头的微观组织复杂。本研究针对这些难题,采用水下焊接专用自保护药芯焊丝,并选择合理的焊接工艺,可成功实现304L/16Mn水下湿法焊接。同时,本文主要研究了焊接环境和不同药芯焊丝对304L/16Mn异种钢接头的微观组织和力学性能的影响。通过比较分析ER308药芯焊丝分别在水下和空气中焊接得到的304L/16Mn异种钢接头的微观组织和力学性能,来阐明不同焊接环境对304L/16Mn异种钢接头的影响。结果表明:空气接头中16Mn钢侧过热区为魏氏组织,相变重结晶区为细晶铁素体和珠光体,不完全重结晶区为珠光体和大小不一的铁素体。焊缝成形完好无缺陷产生。304L不锈钢侧熔合区中的晶粒没有明显的生长方向且有大量等轴晶形成。水下接头中16Mn钢侧过热区为大量的粗大马氏体,相变重结晶区为大量较细小的马氏体和少量粒状贝氏体,不完全重结晶区为少量细小的马氏体、大量粒状贝氏体和尺寸大小不一的铁素体。焊缝组织中存在带状偏析和晶间裂纹等缺陷。304L不锈钢侧熔合区中的晶粒具有明显的生长方向且只有少量的等轴晶形成。与空气中接头相比,304L/16Mn异种钢水下接头的抗拉强度较低为165MPa,平均硬度较高为237HV。选用水下焊接专用自保护药芯焊丝焊接304L不锈钢和16Mn钢,并与ER308药芯焊丝水下焊接接头进行比较分析,从而揭示不同药芯焊丝对接头微观组织和力学性能的影响。首先,在特定的边界条件下,利用一维非稳态导热微分方程来计算焊接的起始位置为偏向16Mn钢侧0.11mm。并通过焊接试验验证了该最佳起始位置的准确性,从而确定了最佳方案。试验结果显示:用自保护药芯焊丝水下焊接304L不锈钢和16Mn钢时,16Mn钢侧过热区为粗大的马氏体和粒状贝氏体生成;相变重结晶区为大量的粒状贝氏体;不完全重结晶区为粒状贝氏体和尺寸大小不一的铁素体。在焊缝的组织中存在的带状偏析和晶间裂纹等缺陷消失。与ER308药芯焊丝水下焊接接头相比,304L/16Mn异种钢接头的力学性能得到提高,其抗拉强度升高到400MPa,焊缝的平均硬度降低为192HV。

关键词：异种钢微观组织力学性能焊接工艺水下湿法焊接

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机械约束辅助水下湿法电弧增材修复工艺研究

机械约束辅助水下湿法电弧增材修复工艺研究

作者：于明扬哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

近年来,我国对于海洋资源日趋重视,海洋工程结构日渐增多,故而水下结构的修复问题也愈发重要。本文针对水下湿法焊接技术在实际修复工作中存在的电弧稳定性差,组织淬硬,修复结构形式受尺寸限制问题,提出机械约束辅助水下湿法电弧增材修... 详细信息

近年来,我国对于海洋资源日趋重视,海洋工程结构日渐增多,故而水下结构的修复问题也愈发重要。本文针对水下湿法焊接技术在实际修复工作中存在的电弧稳定性差,组织淬硬,修复结构形式受尺寸限制问题,提出机械约束辅助水下湿法电弧增材修复方法。旨在通过辅助装置对电弧气泡演化行为进行调控,从而提高修复过程电弧稳定性。同时通过多层增材过程改善修复沉积层组织,最终达到提高水下修复质量并扩大修复适用范围的目的。首先对比研究了不同条件下多层增材过程与平板堆焊过程的电弧气泡演化行为,基于此研究在无孔机械约束装置的基础上设计有孔机械约束装置。研究表明,无孔机械约束辅助下两种过程的电弧稳定性相比于无装置条件都要有明显提升,但由于其多层增材过程电弧气泡演化行为比平板堆焊过程更不稳定,因此表现出了更差的电弧稳定性。为解决该问题,基于调控多层增材过程电弧气泡演化行为设计了有孔机械约束装置,在无孔机械约束装置的基础上进一步提升了电弧稳定性。结果表明,相比于无孔机械约束辅助,有孔机械约束辅助下的多层增材过程电压电流变异系数的倒数之和提升了20%,不稳定燃烧过程比例降低了67%,实现了水下湿法电弧增材修复过程更高的电弧稳定性。然后研究了工艺参数对沉积层成形及沉积过程电弧稳定性的影响。研究表明随着焊接电压的增加,沉积层宽度、高度逐渐增大,电弧稳定性先增大后减小,在焊接电压为32V时电弧稳定性最好;随着送丝速度的增加,沉积层的宽度和高度逐渐增大,电弧稳定性先增大后减小,在送丝速度为8.5m/min时电弧稳定性最好;随着焊接速度的增加,沉积层宽度和高度逐渐减小,电弧稳定性先增大后减小,在焊接速度为2.5mm/s时电弧稳定性最好。最后以增材墙体试样代表修复沉积层进行微观组织与力学性能研究。研究表明多层增材过程产生的热影响作用有助于修复沉积层组织塑性的提高:修复沉积层组织以多边形铁素体为主,母材热影响区组织以回火马氏体为主。后续沉积层对前道沉积层的热影响作用类似近处正火、远处回火作用;第二道沉积层对母材热影响区的热影响作用类似低温回火作用,该作用使得该区域最高硬度由309HV降低到了216HV。增材墙体试样纵向抗拉强度为433MPa,达到了母材实际抗拉强度的78.3%;其断后伸长率为10.8%,达到了母材实际伸长率的95.6%。其拉伸断口为典型的韧性断口,断口形貌主要为韧窝。最终进行了模拟修复试验,在水体环境中使用增材修复方法成功地连接了间距20mm的板材,证明该方法具有可行性且能够实现更大尺寸结构的修复。

关键词：机械约束辅助水下湿法焊接增材修复电弧稳定性

304不锈钢纵向磁场辅助水下湿法焊接工艺及机理研究

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304不锈钢纵向磁场辅助水下湿法焊接工艺及机理研究

作者：赵焕尧哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

不锈钢具有良好的力学性能与化学稳定性,其构件可以满足很多工作环境的要求,随着海洋资源的开发与使用,不锈钢材料逐渐被应用到水下石油管道,水下平台中。然而水下焊接具有合金元素烧损、冷却速率过大、飞溅多、断弧频率高、电弧稳定性... 详细信息

不锈钢具有良好的力学性能与化学稳定性,其构件可以满足很多工作环境的要求,随着海洋资源的开发与使用,不锈钢材料逐渐被应用到水下石油管道,水下平台中。然而水下焊接具有合金元素烧损、冷却速率过大、飞溅多、断弧频率高、电弧稳定性差等问题,导致焊接质量下降。外加纵向磁场可以在焊接过程中对电弧产生影响,使电弧形态改变并进行周期性旋转运动,改变熔池运动方式与电弧散热范围。从而进一步搅动熔池使熔池内部液体金属流动,打碎细小的树枝晶,使焊缝铺展并细化晶粒,提高焊缝成形与焊接质量。本课题选用309L不锈钢自保护药芯焊丝,利用外加纵向磁场辅助的方式进行304不锈钢的对接与堆焊的焊接试验。首先,对磁控装置不同参数下磁场强度及磁场分布测量,分析纵向磁场在焊接过程中对电弧、熔池等作用方式,并对水下焊接气泡进行探究。电磁力的作用下,熔池流动性大大提高,焊缝铺展。通过拉伸与冲击韧性等性能试验,证明了外加纵向磁场提高焊缝力学性能的作用。磁场作用下,焊缝熔合线附近树枝晶被打碎并转变为细小等轴晶。通过分析拉伸断口,磁场作用下,焊缝由脆性断裂转变为韧性断裂。接着对磁控水下焊接过程中电信号与电弧气泡形态进行采集与处理分析。探究磁场对焊接过程稳定性的影响,不同焊接电压下磁场作用效果不同,当焊接电压较低时短路过渡为主要熔滴过渡方式,低频率磁场能够拉断熔滴减少热量累积,从而降低断弧比例。对于中焊接电压,熔滴过渡主要为混合过渡,高频磁场有助于提高稳定燃弧比。焊接电压较高时熔滴过渡模式为自由过渡,磁场会导致短路过渡与断弧的产生,使电流电压变异系数增加,降低电弧稳定性。再对磁场作用下电弧与气泡的行为进行探究,焊接电弧在纵向磁场作用下发生一定程度的旋转,增大电弧在焊接过程中的有效作用面积,随磁场强度增加,电弧旋转周期降低、半径增大,熔池也随电弧呈“旋涡状”围绕焊丝旋转。最后对磁场对气泡、熔池、电弧的作用机理进行分析。

关键词： 304不锈钢纵向磁场电弧稳定性力学性能电弧行为电弧气泡

441不锈钢与YSZ陶瓷空气反应钎焊接头抗热震性能研究

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441不锈钢与YSZ陶瓷空气反应钎焊接头抗热震性能研究

作者：吴程皞哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种绿色环保、高效率的功率转换单元已在诸多领域取得了实际应用。铁素体不锈钢(441)是SOFC支撑体与连接体的常用材料,氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷被广泛运用作为SOFC的电解质材料。当SOFC应用于交通工... 详细信息

固体氧化物燃料电池(SOFC)作为一种绿色环保、高效率的功率转换单元已在诸多领域取得了实际应用。铁素体不锈钢(441)是SOFC支撑体与连接体的常用材料,氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)陶瓷被广泛运用作为SOFC的电解质材料。当SOFC应用于交通工具电源或小型热电联产系统时,不锈钢与陶瓷连接体系除了必须具备长期服役稳定性外,还因为频繁遭受短时间内温度的急剧变化,而需要具备优秀的抗热震性能。本课题利用空气反应钎焊(RAB)方法对441不锈钢与YSZ陶瓷进行连接,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及抗剪强度测试等手段探究高温热震对接头的影响机制,并通过制备保护层与使用复合钎料的方法对接头抗热震性能进行有效提升。首先,利用Ag-CuO钎料对441不锈钢与YSZ陶瓷实现了空气反应钎焊连接,利用SEM/EDS与XRD对接头界面结构与物相组成进行分析。接头界面中,不锈钢一侧出现了较厚的脆性连续氧化物层。为探究热震对接头的影响机制,使接头连续经历800℃高温热震,发现连续氧化物层厚度不断增加,并在热应力作用下产生孔洞、裂纹缺陷。同时,(Fe,Cr,Cu)氧化物向YSZ一侧扩散,破坏界面结合。利用抗剪强度测试对热震影响作用进行定量表征,发现高温热震对接头的危害作用远高于高温氧化。在经历20次高温热震后,接头抗剪强度降低62.3%。总结上述结果,阐述了热震对RAB接头的具体影响机制。在此基础上,探究了CuO含量、钎焊温度及保温时间对接头界面结构、力学性能与抗热震性能的影响规律,并确定最佳RAB参数为:Ag-8mol.%CuO、1050℃/30min,所得接头室温抗剪切强度为32.9MPa,热震寿命为26次。仅优化工艺参数对RAB接头抗热震性能提升效果有限。在进行空气反应钎焊前,采用真空镀铝方法在不锈钢表面预制保护层。利用SEM/EDS与XRD等手段对预制保护层441不锈钢/YSZ陶瓷RAB接头的组织结构与物相组成进行表征。真空镀铝方法在不锈钢表面形成了(Fe,Al,Cr)反应层,该反应层在RAB过程中形成了由AlO与CuAlO组成的均匀致密保护层,有效抑制了连续氧化物层的生成。研究了真空镀铝温度与时间对保护层组织结构、保护效果的影响规律,并确定最优真空镀铝参数为:800℃/60min。利用在此参数下预制保护层的441不锈钢进行RAB连接,所得接头界面结构为:Fe-Cr/AlO/CuAlO/Ag+CuO/CuO/YSZ,接头抗剪强度为37.1MPa。经历20次高温热震后,接头结合依然可靠,并且未出现连续氧化物层,抗剪强度仅降低1.2%。接头的热震寿命达到200次以上。在441不锈钢表面预制保护层对RAB接头抗热震性能的改善效果显著。Ag-CuO钎料与不锈钢、陶瓷母材间存在热失配问题,在高温热震的温度变化过程中将在接头快速累积热应力,对接头产生不利影响。添加CTE值较低的ZrSiO增强相构建复合钎料体系实现441不锈钢与YSZ陶瓷的连接以缓解热失配问题。首先采用SEM,XRD等分析测试手段,对接头微观组织进行了表征,并揭示了复合钎料RAB接头的界面成形机制。在ZrSiO添加量为4wt.%,1100℃/30min下得到的接头CTE降低6.5%,抗剪强度提升20.5%。经历20次高温热震后,抗剪强度仍达到43.8MPa,较未添加增强相时提升19.2%,较未添加增强相也未预制保护层时提升252.8%。接头的热震寿命达到300次以上,说明复合钎料体系进一步提升了RAB接头的抗热震性能。

关键词：抗热震性能空气反应钎焊 441不锈钢 YSZ陶瓷 ZrSiO4增强相

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BSCF陶瓷的闪烧和闪连工艺及机理研究

BSCF陶瓷的闪烧和闪连工艺及机理研究

作者：史地哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

BSCF陶瓷主要用于SOFC燃料电池阴极材料及高温气体分离等,但目前对于BSCF陶瓷的烧结技术,通常为无压烧结和热压烧结等,烧结所需的时间较长,温度较高;至于连接通常使用固相扩散连接或钎焊连接等方法,也需要高温长时间等较苛刻的工艺条件... 详细信息

BSCF陶瓷主要用于SOFC燃料电池阴极材料及高温气体分离等,但目前对于BSCF陶瓷的烧结技术,通常为无压烧结和热压烧结等,烧结所需的时间较长,温度较高;至于连接通常使用固相扩散连接或钎焊连接等方法,也需要高温长时间等较苛刻的工艺条件,同时还存在可能导致接头产生较大残余应力等问题。因此本课题选择在电场辅助条件下,实现BSCF陶瓷的快速低温烧结,以及对BSCF陶瓷的快速低温连接,即实现BSCF陶瓷的闪烧和闪连BSCF陶瓷。本课题首先用闪烧方法在电场下对BSCF陶瓷实现了低温快速致密化的烧结过程,得到了较为致密的烧结体;然后用ABAQUS 6.14软件对闪烧过程中试样的温度场进行模拟,分析了闪烧恒流阶段的温度分布情况,发现在闪烧试样中心部分的温度较高,而靠近表面部分温度较低,试样的表面与中心部分存在较大的温度差;然后探究了环境温度、电流密度、烧结时间等不同工艺参数对闪烧的温度场的影响,发现环境温度的升高会使试样整体的温度随之呈正比升高;烧结时间的延长会使试样整体的温度随之升高,且在烧结时间较长时温度场趋于稳定;电流密度的提升会使试样整体的温度随之升高,试样最高温度与电流密度的二次方呈正比。然后对BSCF陶瓷进行了闪连,得到了连接界面完好,母材保持完好,界面实现可靠连接,无明显焊接缺陷的闪连接头;然后对闪连的电流恒定过程中连接组件的应力场进行模拟,分析了闪连过程中的应力场情况,发现应力分布于整个连接组件内,三个方向上的正应力,均为拉应力分布在连接组件表面附近的区域,压应力分布于连接组件中心部分区域;并探究了环境温度、电流密度、连接时间等不同工艺参数对闪连连接组件的应力场的影响,发现电流密度的提升会使连接组件整体的应力值随之升高,其与电流密度的二次方呈正比;连接时间的延长会使连接组件整体的应力值随之呈正比升高;而环境温度并未对连接组件的应力场产生明显影响。最后用有限元模拟的方式比较BSCF陶瓷闪连接头和空气反应钎焊接头的力学性能。先对BSCF陶瓷与Ag基钎料形成的空气反应钎焊接头的残余应力进行模拟计算,并通过在钎料中添加增强相的方式调节钎料层的热膨胀系数,对增强相优化接头残余应力进行模拟分析,得到了钎焊接头冷却阶段形成的残余应力的分布情况,以及分析了添加增强相对接头残余应力分布的影响,发现接头的残余应力主要集中于钎缝区域附近,而增强相的添加可以有效降低接头内的残余应力值;对钎焊接头和闪连接头进行剪切过程模拟,分析了接头在剪切过程中应力分布情况,发现接头的应力集中分布在左侧陶瓷块下表面靠近连接面的棱边附近区域,即此处为薄弱区域;并给出了连接接头薄弱区域的Max Principal应力的最大值随剪切外加载荷变化的曲线,对不同接头的抗剪强度进行了比较,得知抗剪强度由小至大依次为:无增强相钎焊接头、2.5wt.%增强相钎焊接头、5wt.%增强相钎焊接头、闪连接头。

关键词： BSCF陶瓷闪烧闪连有限元模拟

SiO2陶瓷与30Cr3高强钢及TC4钛合金钎焊机理及工艺研究

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SiO2陶瓷与30Cr3高强钢及TC4钛合金钎焊机理及工艺研究

作者：刘洪斌哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

本文针对SiO陶瓷结构件在航空航天以及汽车领域的应用,分别采用了AgCuTi钎料和TiZrNiCu钎料对SiO陶瓷与30Cr3SiNiMoVA高强钢和TC4钛合金进行了钎焊连接。采用试验研究和理论分析相结合的方法,进行了钎焊连接工艺优化,研究了三种接头的... 详细信息

本文针对SiO陶瓷结构件在航空航天以及汽车领域的应用,分别采用了AgCuTi钎料和TiZrNiCu钎料对SiO陶瓷与30Cr3SiNiMoVA高强钢和TC4钛合金进行了钎焊连接。采用试验研究和理论分析相结合的方法,进行了钎焊连接工艺优化,研究了三种接头的界面层结构的变化及其对抗剪强度的影响。利用电子探针、扫描电镜、X-射线衍射等方法对连接界面的生成相进行分析,结果表明:SiO陶瓷/ AgCuTi/ 30Cr3SiNiMoVA高强钢接头的界面层结构为SiO陶瓷/ TiSi+Ti4O7/ TiCu+Cu3Ti3O/ Ag(s. s)+Cu(s. s)/ TiFe/ 30Cr3SiNiMoVA钢;SiO陶瓷/ TiZrNiCu/ TC4钛合金接头的典型界面结构为:SiO陶瓷/ TiO+Zr3Si+Ti5Si3/ (Ti, Zr)+TiZrNiCu/ Ti(s. s)/ TiZrNiCu+Ti(s. s)+Ti(Cu, Ni)/ TC4钛合金;SiO陶瓷/ AgCuTi/ TC4钛合金接头的典型界面结构为:SiO陶瓷/ TiSi+Ti4O7/ TiCu+CuTi4O/ Ag(s. s)+Cu(s. s)/ TiCu/ TiCu/ Ti+TiCu/ TC4钛合金。依据所观察到的不同工艺参数下的界面层结构,研究了界面层结构的变化和界面的形成机理。分析了活性钎料与SiO陶瓷的反应过程、以及接头的界面形成过程。与30Cr3SiNiMoVA高强钢相比,TC4钛合金母材对接头界面结构变化的影响更大。采用抗剪强度评价了接头性能,结果表明:当钎焊温度为900℃、保温时间为5min时,SiO陶瓷/ AgCuTi/ 30Cr3SiNiMoVA高强钢接头和SiO陶瓷/ AgCuTi/ TC4钛合金接头的最高抗剪强度分别为37MPa和7MPa。而当钎焊温度为880℃、保温时间为5min时,SiO陶瓷/ TiZrNiCu/ TC4钛合金接头的最高抗剪强度为3MPa。通过扫描电镜、能谱分析等手段分析了工艺参数对接头的断裂路径的影响,结果表明:接头主要断裂在两个区域,即SiO陶瓷母材和SiO陶瓷/钎料界面的反应层处,断裂均为脆性断裂。

关键词： SiO2陶瓷 30Cr3SiNiMoVA高强钢 TC4钛合金钎焊连接机理界面结构