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 C/C復合材料與TiAl合金的焊接

     TiAl合金因其低密度、高比強度、高溫抗蠕變性能好，在飛行器渦輪發動機組件等部位的應用取得了優異的效果。使用包含50%(質量分數，%)的C/C復合材料的C/C-TiAl連接材料能節省27%的質量，從而提高發動機的推重比。C/C復合材料與TiAl合金的連接可提高高溫構件的工作溫度，擴展應用范圍。

     曹健等人利用自蔓延連接的方法對C/C復合材料和TiAl合金(Ti-46Al-2Cr-2Nb，原子分數，%)進行連接，采用Ag-Cu-Ti釬料(Ag-26.4Cu-4.5Ti，質量分數，%)與Ti-Al-C夾層。在連接過程中，將近8 s時工件中心峰值溫度達到1 943 ℃，靠近Ti-Al-C夾層附近溫度在近20 s時也達到1 644 ℃，遠高于Ag-Cu-Ti釬料的熔點。改變Ti-Al-C夾層的厚度發現試樣的抗剪切強度隨夾層厚度增加先提高后降低，在夾層厚度為500 μm時達到最大，此時工件的剪切強度為17.6 MPa，通過金相觀察結果發現靠近C/C復合材料側有大量TiC化合物，靠近TiAl合金側則含有大量Ti-Al-Cu，中間夾層附近則以TiAl3和TiC居多。

    王厚勤等人使用Ag-Cu-Ti釬料釬焊C/C復合材料與TiAl合金。使用的TiAl合金為Ti-46Al-2Cr-2Nb，釬料為Ag-26.7Cu-4.6Ti(質量分數，%)，箔狀，厚度為50 μm。試驗前用針在C/C復合材料表面刺出一些直徑為0.8 mm、深度為1～3 mm的小孔。試驗證明,Ag和Ti之間的互斥對接頭的微觀組織有明顯的影響，釬焊溫度1 193 K，保溫10 min時，得到的接頭典型結構為TiAl/Ti3Al+AlCuTi/AlCu2Ti/Ag(s.s)/TiC/CC。當連接溫度低于1 213 K時，接頭處出現了銀基固溶體的等溫線凝固，此時在界面處出現層結構，等溫線凝固有助于降低Ti在C/C復合材料表面的聚集；層結構在連接溫度達到1 213 K時被破壞，這會降低接頭的強度。C/C表面被刺破的小孔導致的滲透層可顯著強化接頭，提高接頭的抗沖擊能力。

     目前國內展開了一些C/C復合材料與TiAl合金的焊接研究。自蔓延連接能用于C/C復合材料與TiAl合金的焊接，焊接時為保證接頭的抗剪切強度需要合理控制中間層的厚度。C/C復合材料與TiAl合金釬焊時可通過對C/C復合材料進行表面打孔處理提高釬焊接頭的強度。更多碳碳復合材料信息可查看http://www.zjxycs.cn