Cu-TiH2-Ni基焊料连接W/CuCrZr及W/钢研究

来源 :武汉工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lbwang2009
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聚变堆中W面向等离子体材料与CuCrZr合金及钢热沉的连接是面向等离子体部件制备的关键技术。但是,由于W与热沉材料的物理性能存在差异,会导致在W/CuCrZr和W/钢接头中产生较大残余应力。本论文采用Cu-TiH2-Ni活性焊料连接W/CuCrZr及W/316L不锈钢,并对接头的微观结构和性能进行表征。在此基础上,在焊料中添加金属中间层,研究中间层对接头性能和结构的影响,并探讨中间层对接头残余应力的缓解作用。采用Cu-TiH2-Ni焊料在1203 K下连接W/CuCrZr时,连接层与母材界面结合良好,连接层主要由Cu(ss)、TiCu4、Ti2(Cu,Ni)、τ1-Ti(CuxNi1-x)2和TiCu等相组成。接头的显微硬度分析表明,W和CuCrZr母材在连接后其显微硬度均发生下降。W母材硬度降低的主要原因是母材中W原子向连接层中发生了单向扩散,导致W母材中出现空位。而CuCrZr母材硬度降低是由于在连接过程中发生了再结晶及晶粒长大。在Cu-TiH2-Ni焊料中添加软金属Cu箔连接W/CuCrZr时,连接层包括两层焊料层及一层Cu中间层。其中,焊料层主要由Cu(ss)、TiCu4、Ti2(Cu,Ni)和τ1-Ti(CuxNi1-x)2等相组成。而Cu中间层的厚度减小了50%,主要是由于连接过程中在液态焊料中的溶解所导致。在焊料中添加Cu箔,一方面,Cu中间层优异的塑性变形能力可以吸收部分残余热应力;另一方面,Cu箔在液态焊料中的溶解可以有效抑制焊料层中金属间化合物的生长。因此,在焊料中添加Cu箔有利于接头性能的提高。而在焊料中添加其它中间层(如Ni、Nb和Ta等)时,接头强度发生下降,主要是由于中间层的添加导致了接头界面结构的复杂化。采用Cu-TiH2-Ni焊料连接W/316L不锈钢时,接头性能较差。在焊料中添加Cu箔或Nb箔时,接头界面结合较好。靠近316L侧由于母材中Fe和Cr向焊料层中扩散形成了扩散层,依次为由TiCu4、τ1-Ti(CuxNi1-x)2和(Fe,Cr)2Ti等相组成的层I、由Ti2(Cu,Ni)和(Fe,Cr)2Ti等相组成的层II以及由σ相等组成的层III。而在焊料中添加金属Nb箔时,焊料层的物相组成为Ti2(Cu,Ni)、τ1-Ti(CuxNi1-x)2和Nb(ss)等。
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