黄西娜等：Ti6A4V和A12A12的扩散连接界面组织及力学性能 ·1037· 材料，因此对于该种材料与其他金属连接的研究已经 接是可行的，但是由于这两种材料的表面容易形成致 有了很大的进展，目前已经采用的连接方法有摩擦焊、 密的氧化膜，镀铜工序复杂且十分困难，再加上S基 压力焊、扩散连接等5-刀.其中扩散连接的方法正逐渐 合金的制备也存在一定的难度，本文初步提出了两种 成为最典型的应用之一.因为它可以解决异种合金材 材料无镀层和无中间层的直接热等静压扩散连接制 料熔点、热导率、热膨胀系数等物理性能差异所带来的 备，并将该种方法第一次应用到A12A12粉末和 一些问题 Ti6A4V固体上. 一些学者已经对铝合金和钛合金的液相扩散连接 本文作者采用热等静压技术连接A2A12粉末和 进行了研究.Alhazaa与Khan对带有l00um厚Sn Ti6A4V固体，测试连接处的硬度和剪切强度，对扩散 基中间层的镀铜的A7075和T6A14V的扩散连接进 层中生成的金属间化合物进行分析，并研究金属间化 行了研究，指出扩散连接强度随时间增加而提高.此 合物对接头区力学性能的影响. 外，Kenevisi与Khoie可研究了放置50um厚Sn基中间 层的镀铜的A7075和Ti6A4V的扩散连接，表明对于 1实验 A7075和Ti6A4V两种材料，最大剪切强度是在扩散 1.1实验材料 连接进行了6Omin时得到的.在此之后，Samavatian 实验采用的Ti6A4V试样是30mm×60mm的圆 等u@成功连接了中间层厚度为80μm的纯Sn箔的镀 柱形固体，A2A12预合金粉末是由陕西海宝特种金属 铜的A12024和T6A4V,提出硬度和剪切强度与扩散 材料有限公司提供的，包套材料是不锈钢.A2A12预 连接时间有着直接的关系.Alhazaa等研究了只有 合金粉末表面形貌如图1所示，主要是直径为150~ 铜镀层而无任何中间层的A17075和Ti6Al4V的扩散 180um的球形粉.Al2A12和Ti6A4V的化学成分如 连接，发现随着连接时间的增加，接头的均匀性更好 表1所示. 这些研究说明，带有中间层和镀层的T雪/1的扩散连 表1基体材料的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical compositions of the parent metals 名 合金 Al Cu Si Fe Mn Mg Zn 其他 A2A12 基体 0.15 4.1 0.5 0.5 0.4 1.5 0.3 0 0.15 Ti6Al4V 6.2 基体 0 0 0.3 0 0 0 4.1 0.20 A2AI2粉末 -200um 图1A2A12预合金粉表面形貌 Fig.1 Surface morphology of the Al2A12 power Ti6A14V实体 1.2实验步骤 图2扩散连接示意图 首先，将T6A4V试样放置在包套的底部.不锈 Fig.2 Schematic diagram of the diffusion bonding 钢包套的厚度是3mm:其次，焊合包套，预留装粉孔， 连接后的试样用SiC砂纸进行打磨，然后用kl- 然后，填充A2A12粉末并震动，焊封包套，用-620 ler's(1.5mL盐酸，2.5mL硝酸，1mL氢氟酸和95 分子泵将真空抽至1.0×104Pa;最后利用艾波比集 mL蒸馏水)和krol's(5mL氢氟酸，5mL硝酸和90 团生产的QIH-一15设备进行热等静压，工艺参数如下： mL蒸馏水)试剂进行腐蚀，用作金相实验分析 温度为590℃，压力为130MPa,保温保压时间是2.5h. 1.3性能检测 图2是扩散连接的示意图，其中剖面线代表T6A4V 采用JSM6010扫描电镜(SEM)和CamScan3400 固体，圆形表示A2A12粉末. 能谱仪(EDS)观察接头区域的微观组织并确定其化学黄西娜等: Ti6Al4V 和 Al2A12 的扩散连接界面组织及力学性能 材料，因此对于该种材料与其他金属连接的研究已经 有了很大的进展，目前已经采用的连接方法有摩擦焊、 压力焊、扩散连接等［5--7］． 其中扩散连接的方法正逐渐 成为最典型的应用之一． 因为它可以解决异种合金材 料熔点、热导率、热膨胀系数等物理性能差异所带来的 一些问题［8］． 一些学者已经对铝合金和钛合金的液相扩散连接 进行了研究． Alhazaa 与 Khan［8］对带有 100 μm 厚 Sn 基中间层的镀铜的 Al7075 和 Ti6Al4V 的扩散连接进 行了研究，指出扩散连接强度随时间增加而提高． 此 外，Kenevisi 与 Khoie［9］研究了放置 50 μm 厚 Sn 基中间 层的镀铜的 Al7075 和 Ti6Al4V 的扩散连接，表明对于 Al7075 和 Ti6Al4V 两种材料，最大剪切强度是在扩散 连接进行了 60 min 时得到的． 在此之后，Samavatian 等［10］成功连接了中间层厚度为 80 μm 的纯 Sn 箔的镀 铜的 Al2024 和 Ti6Al4V，提出硬度和剪切强度与扩散 连接时间有着直接的关系． Alhazaa 等［11］研究了只有 铜镀层而无任何中间层的 Al7075 和 Ti6Al4V 的扩散 连接，发现随着连接时间的增加，接头的均匀性更好． 这些研究说明，带有中间层和镀层的 Ti /Al 的扩散连 接是可行的，但是由于这两种材料的表面容易形成致 密的氧化膜，镀铜工序复杂且十分困难，再加上 Sn 基 合金的制备也存在一定的难度，本文初步提出了两种 材料无镀层和无中间层的直接热等静压扩散连接制 备，并将该种方法第一次应用到 Al2A12 粉 末 和 Ti6Al4V 固体上． 本文作者采用热等静压技术连接 Al2A12 粉末和 Ti6Al4V 固体，测试连接处的硬度和剪切强度，对扩散 层中生成的金属间化合物进行分析，并研究金属间化 合物对接头区力学性能的影响． 1 实验 1. 1 实验材料 实验采用的 Ti6Al4V 试样是 30 mm × 60 mm 的圆 柱形固体，Al2A12 预合金粉末是由陕西海宝特种金属 材料有限公司提供的，包套材料是不锈钢． Al2A12 预 合金粉末表面形貌如图 1 所示，主要是直径为 150 ～ 180 μm 的球形粉． Al2A12 和 Ti6Al4V 的化学成分如 表 1 所示． 表 1 基体材料的化学成分 ( 质量分数) Table 1 Chemical compositions of the parent metals % 合金 Al Ti Cu Si Fe Mn Mg Zn V 其他 Al2A12 基体 0. 15 4. 1 0. 5 0. 5 0. 4 1. 5 0. 3 0 0. 15 Ti6Al4V 6. 2 基体 0 0 0. 3 0 0 0 4. 1 0. 20 图 1 Al2A12 预合金粉表面形貌 Fig． 1 Surface morphology of the Al2A12 power 1. 2 实验步骤 首先，将 Ti6Al4V 试样放置在包套的底部． 不锈 钢包套的厚度是 3 mm; 其次，焊合包套，预留装粉孔， 然后，填充 Al2A12 粉末并震动，焊封包套，用 FJ--620 分子泵将真空抽至 1. 0 × 10 － 4 Pa; 最后利用艾波比集 团生产的 QIH--15 设备进行热等静压，工艺参数如下: 温度为590 ℃，压力为130 MPa，保温保压时间是2. 5 h． 图 2 是扩散连接的示意图，其中剖面线代表 Ti6Al4V 固体，圆形表示 Al2A12 粉末． 图 2 扩散连接示意图 Fig． 2 Schematic diagram of the diffusion bonding 连接后的试样用 SiC 砂纸进行打磨，然后用 kel￾ler’s ( 1. 5 mL 盐酸，2. 5 mL 硝酸，1 mL 氢氟酸 和 95 mL 蒸馏水) 和 kroll’s ( 5 mL 氢氟酸，5 mL 硝酸和 90 mL 蒸馏水) 试剂进行腐蚀，用作金相实验分析． 1. 3 性能检测 采用 JSM 6010 扫描电镜( SEM) 和 CamScan 3400 能谱仪( EDS) 观察接头区域的微观组织并确定其化学 · 7301 ·