单晶高温合金的瞬态液相连接(TLP连接)在航空工业中的重要应用已引起国内外科技工作者的广泛关注。本项目拟以急冷Ni-Cr-B合金箔带作为中间层合金,开展单晶高温合金TLP连接过程的润湿行为和微观机制的研究。采用座滴法研究Ni-Cr-B中间层合金熔体对单晶高温合金的润湿、铺展和流动过程;采用OM、SEM、TEM、和XRD等分析手段研究连接区域上硼化物的形成、特征、消失和成分变化过程;采用EBSD技术研究TLP连接中的接头和基材之间的结晶学取向,探明连接件整体单晶化的机理;研究镍基单晶高温合金的沉淀强化相γ′在TLP连接过程中,特别是高温瞬时拉伸和蠕变变形时的演化规律,丰富TLP接头的强化机制。为高性能单晶高温合金TLP连接技术的实际应用提供理论和实验依据。
本项目采用Ni-Cr-B非晶中间层合金研究了一种镍基单晶高温合金(DD98)瞬态液相连接(TLP连接)过程的润湿行为、微观机制和力学性能等。用液态急冷法制备的Ni-Cr-B箔带的开始和完全熔化温度分别为1040℃和1100℃。润湿实验结果表明,液态中间层合金对DD98基片润湿的过程中润湿前沿总是产生一个润湿环,铺展可分一次铺展和二次铺展两个过程,铺展动力学规律基本符合(α-α0)=kt1/n关系式,当温度高于中间层的液相线温度30℃以上时,平衡接触角均小于20 ,这表明液态钎料对DD98基片具有良好的润湿性。DD98合金的TLP连接过程主要由三个阶段组成,即基体金属的溶解,等温凝固和接头的均匀化。基体溶解过程中,随连接温度和保温时间的增加,基体金属的溶解宽度迅速增大,溶解过程中的溶解宽度与保温时间之间服从平方根定律;等温凝固阶段,残余液相宽度在连接温度下随保温时间平方根的增加而线性减小;经过均匀化处理后,中间层合金与基体金属之间的扩散相当充分,接头中央的浓度达到了与基体相一致的水平。经适当的热处理后,接头的拉伸和持久强度与母材相当。