编辑: 匕趟臃39 2019-07-06

4 mm*4 mm*4 mm 的试 样;

将Hastelloy N 合金加工成尺寸为10 mm*

8 mm*4 mm 的试样,连接面为

4 mm*4 mm. 以砂 收稿日期:2017 ?

04 ?

10 *参与此项工作的还有沈寒D 第39 卷第9期2018年9月焊接学报TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION Vol.39(9):109 ?

112 September

2018 纸打磨待连接面,随后采用

1 μm 的金刚石抛光液 抛光. 将剪成合适尺寸金箔的试样置于石墨与 Hastelloy N 合金之间的连接间隙,并用

502 胶固 定. 将装配好的接头置于石墨模具中并放入 VAFC30 型高温真空炉进行钎焊. 试验时首先以

6 ℃/min 的 速度将炉温升至

300 ℃ 并保温

10 min,使502 胶挥 发;

随后再以相同升温速度升至钎焊温度

1 333 K 进行钎焊,保温时间分别设定为 1,30,60 和90 min. 将焊后试样进行镶嵌、研磨和抛光等处理,随 后采用 FEI Quanta 200F 型扫描电镜观察接头内的 微观形貌. 采用 FEI Tecnai G2 F30 SCTwin 型透射 电镜分析接头内的物相组成,透射试样采用 FEI Helios NanoLab 600i 型FIB 制备. 采用剪切的方式 评定接头强度.

2 试验结果 2.1 接头内的典型组织 图1是采用金箔在

1 333 K 保温

1 min 所获得 的石墨/Hastelloy N 合金接头的 SEM 形貌. 如图 1a 所示,左侧为石墨,右侧为 Hastelloy N 合金,中心 区域为钎缝. 在此条件下钎料对石墨和 Hastelloy N 合金均形成了良好的连接. 图1b 为钎缝内放大的 SEM 形貌,可以发现该 区域主要由亮白色的 A 相、灰色的 B 相及深灰色 的C相组成,部分 C 相以白色虚线框标示,能谱分 析表明 A 相和 B 相的主要组成为:Au83Ni9Cr2Fe1 和Ni54Au24Fe4Cr4,为金基固溶体和镍基固溶体 组织. C 相的主要组成为:Mo87Cr7Ni1,推测其为 钼的碳化物. 图1c 为钎缝右侧 (近Hastelloy N) 的 形貌,该区域主要由亮白色的金基固溶体和灰色的 镍基固溶体组成. 图1d 为近钎缝区的 Hastelloy N 内的形貌,可以发现钎焊后近缝区的合金内出现 很多细小的析出相,即晶内的棒状颗粒 D 和晶界处 的小块状颗粒 E,其中 D 和E的主要组成分别为: Mo80Cr10Ni1 和Mo61Ni26Cr6Si2. 远离钎缝组织 (约100 μm),合金内没有发现这些细小的析出相. 图2为石墨/钎料界面处的 TEM 形貌. 由该图 发现该处没有发现界面层,钎料内的金和镍均对石 墨形成了致密的连接. 金属对非金属的润湿方式一 般有两种:一种是通过金属中一种或几种元素与非 金属在连接界面处发生化学反应,通过形成反应层 来实现对非金属的润湿;

另一种是金属熔化后,通 过非金属往熔体内的溶解来实现金属对非金属的 润湿. 石墨/镍基固溶体和石墨/金基固溶体界面处 均没有观察到界面层,由此可以推断石墨母材以溶 解的方式被熔融的金基固溶体和镍基固溶体所润 湿. 事实上,碳在金内的固溶度较低而碳在镍中却 具有较高的固溶度 [6] . 注意到钎缝内的金基固溶体 中固溶了一定的 Ni 元素 (质量分数 9%) 和Cr 元素 (质量分数 2%). 由于这两种元素对碳具有较大的 亲和力,金中固溶这两种元素将提高碳在其内的固 溶度. 在这种情况下石墨以溶解的方式被钎料所润湿. 图3为钎缝内的 TEM 形貌. 图中右侧大块状 相为 Mo2C(对应着图

1 中的 C 相),该相与 Ni 基体 结合处无明显的缺陷. Mo2C 的形成过程如下:钎焊 过程中,金与 Hastelloy N 合金内的镍首先发生互溶 作用转化为液相,随后界面处的石墨母材开始往该 液相中溶解. 注意到 Hastelloy N 合金内同时含有 Mo,Cr 和Fe 等元素,该过程中这些元素也相继往 钎缝内溶解. 这样,熔融状态下的钎缝实际上是一 种由多种组元混合而成的复杂合金体系. 注意到 Hastelloy N 内含有

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