第38卷第3期 2017年3月
焊接学报
TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION
Vol.38No.3 March2017
镍喷涂层下钛/钢电阻钰焊的接头形成机制
张鹏贤，于海宇，注躺
（兰州理工大学有色金属先进加工与再利用省部共建国家重点实验室，兰州730050）
摘要：针对钛合金与不锈钢焊接时，接头中因大量Fe-Ti等金属间化合物生成而开裂的问题，尝试了一种涂层为匹配面的钛合金与不锈钢搭接电阻钎焊工艺：通过对不司厚度热喷涂层下舒焊接头力学性能的测定，以及接头区组织成分探查，研究了涂层参与反应的针焊接头形成机制，结果表明，当合理厚度涂层介人时，其一定透过性的组织结构，降低了母材中Fe,Cr,Ti等原子在接头区的扩散浓度，涂层中Ni与Fe,Cr，Ti等原子发生扩散反应，使Fe-Ti，Cr-Ti等脆性金属间化合物数量明显下降，从而使接头力学性能得到显著提高.在涂层与钎料共同作用下，形成
的多反应区显微组织实现了钛/钢间组织和性能上的过渡，这是其接头力学性能得到改善的主要原因，关键词：钛/钢焊接；热喷涂层；力学性能；接头机理
中图分类号：TG454 0序言
文献标识码：A
文章编号：0253360X(2017)03006205
1以喷涂层为匹配面的钛/钢钎焊
钛/钢异种金属接时，由于二者热物理性质差异较大,接头中易形成Fe-Ti.Cr-Ti等脆性金属间化合物，导致焊缝脆化易开裂1-3]袁新建等人4,3]尝试以镍箔为中间层的钛合金和不锈钢扩散连接，接头组织分析表明，不锈钢母材中的元素未能穿透镍箔向对侧扩散，接头结合层中无FeTi等金属间化合物产生，仅为TiNi单扩散层或Ti2Ni/TiNi/TiNi等化合物的多扩散层.虽然接头强度有一定的提高，但不锈钢母材与镍箔未能发生冶金反应形成结合层，致使不锈钢侧成为接头的薄弱环节，限制了接头强度的进一步提高。杨静等人通过研制多元合金钎料Ag95CuNiLi尝试了钛/钢的真空钎焊．结果表明，接头抗剪强度得到一定程度提高的主因是，四元合金钎料与两侧母材形成了一定的冶金结合，在不秀钢一侧形成三层金属间化合物组织，在钛合金一测形成共晶组织：但未能对其接头组织形成机理和性能提高的途径做进一步研究.文中以Ag45CuZn 钎料为中间层，以不锈钢表面制备的镍喷涂层做为介入手段，研究了镍涂层厚度对钛/钢搭接针焊接头力学性能、针焊界面形态、微观组织及原子扩散行为的影响，探索广其接头力学性能提高的成因，以及途
层、针料共同作用下的接头组织特征及形成机制收稿日期：2915万数据3
基金项目：图象百熟学基金资助项目（51061011）
尝试了以不锈钢表面制备的镍涂层作为匹配
面，与钛合金进行搭接电阻针焊的工艺实现方法试验所用的钎焊设备由台式电阻点焊机改造而成，电焊机型号为（DN-35）YR-350SA2HGL.为了便于电阻钎焊.将试验板材不锈钢（304SS）和钛合金（TC4）制成相同试样，尺寸为200mm×40mm×1.3 mm.喷涂层材料选用纯度为99.9%，粒度为15~45 um的镍粉.为保证喷涂层与不锈钢基体表面的结合强度，首先对不锈钢表面进行了酸洗、喷丸等预处理.用500自砂纸打磨不锈钢表面，采用成分为 HNO3、HCI和甘油，配比为3：1:3的酸洗液去除其表面氧化膜，并用超声波清洗不锈钢表面残留的酸洗液和氧化膜。然后采用冷硬铁砂对清洗后的表面进行喷丸处理，使其粗糙化喷涂前，为防止涂层开裂将工件预热到60~120℃：然后选用型号为DH-2080的超音速等离子设备进行热喷涂，以氟气做主要气体，氢气做次要气体，喷涂电流为300A，喷涂电压120V，送粉电压10V，喷涂距离100mm，改变喷涂时间可获得不同厚度的镍涂层．为了防止电阻针焊过程中接头被氧化，采用密封胶作为保护措施密封胶涂覆位置和接头装配方式如图1所示，图1a 为镍涂层表面的钎料和胶层位置示意图.1为密封胶的涂覆区域，3为放置的钎料圆片（B-Ag45CuZn），圆片直径为d16mm，厚度为0.2mm.为了防止电阻热引起胶层高温失效，在胶层和钎料之间预留了一定的间隙，2表示为预留间隙区，钎料与密封胶之