湖南省科学院中乌焊接所Ni3Al基高温合金瞬间液相扩散焊技术取得新进展

Ni3Al基高温合金是航空发动机工作叶片、涡轮盘、燃烧室等关键部位的重要材料。热端部件在设计上采用具有复杂内部冷却通道的空心结构，通过铸造工艺很难实现其最终结构，所以焊接是一种不可缺少的制造技术。瞬间液相扩散焊(TLP)结合了钎焊和扩散焊的优点，是连接Ni3Al基高温合金的较优方法。近期，省科学院中乌焊接所钎焊扩散焊研发中心科研人员基于中乌国际科技合作基础，针对我国Ni3Al基高温合金接头间隙敏感性大、接头重熔温度低、生产条件下接头质量不稳定等问题，采用新型低硼复杂Ni3Al基中间层材料体系，解决了大间隙时接头可靠性不足的难题。

通过利用密度泛函理论计算了单晶Ni3Al的弹性常数、多晶Ni3Al的弹性模量、剪切模量和泊松比，并与前人报道的实验数据进行了比较。在计算了单晶和多晶Ni3Al的力学性能的基础上，采用三维有限元方法对Ni3Al单晶瞬间液相扩散焊接头在简单拉伸载荷下的力学行为进行了研究。结果显示，第一主应力、最大剪应力、等效应力和损伤等效应力的最大值随中间层弹性模量的减小而线性减小，降低中间层的弹性模量可以减小瞬间液相扩散焊接头的应力集中，提高接头的力学可靠性。相关科研成果发表于国际学术期刊Materials2019,12(17),2765。

采用新型低硼复杂Ni3Al基中间层材料对定向凝固高温合金IC10进行TLP连接。采用SEM和EBSD等分析了TLP连接接头的微观组织，研究了母材溶解、等温凝固和焊后热处理对母材主元素迁移的影响，并且提出了一种新型高温合金中间层成分设计方法，突破了以往研究只适用于低于0.03mm间隙的瓶颈，接头间隙为0.08mm的条件下，接头高温（1100℃）拉伸强度达268MPa；接头高温持久（1100℃/36MPa）持久时间超过100h，均达到母材的90%以上。相关科研成果发表于国际学术期刊JournalofManufacturingProcesses54(2020)109–119。


图1第一主应力和最大剪应力的模拟结果


图2定向凝固高温合金IC10TLP连接接头EBSD照片

论文链接：https://doi.org/10.3390/ma12172765;

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2020.03.002.

（刘凤美/供稿）