扩散焊又称扩散连接,是把两个或两个以上的固相材料(或包括中间层材料)紧压在一起,置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度,高温分子扩散焊,对其施加压力使连接界面微观塑性变形达到紧密接触,再经保温、原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法。通俗一点讲就是达到你中有我,我中有你的程度。
分子扩散焊是适用于航空、航天等高技术领域和新材料的连接需要而迅速发展起来的一种精密连接方法。如陶瓷、金属间化合物、非晶和单晶合金材料等一些特殊材料,高温分子扩散焊,用传统的熔焊方法难以实现可靠连接;一些*构件往往需要与性能差异较大的异种材料连接,例如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等的连接。
1.界面孔洞消失过程的机理
界面孔洞消失过程即界面紧密接触的过程是在塑性变形机理、粘性变形机理、界面扩散机理及体积扩散机理的共同作用下实现的。
从大类又可分为以塑性流动为主体的“变形机理”和以原子扩散流束为主体的“扩散机理”,其区别在于前者必伴有位错的滑移,后者则无需位错的滑移。
2.接头元素扩散与反应层形成的模拟
目前,接头元素扩散与反应层形成的模拟主要针对异种材料进行。接头元素扩散与反应层形成机理是指原子在接头界面处的传输、界面结构的形成条件和形成过程,主要涉及反应热力学和反应动力学等内容。对此进行的研究,不但可以探明反应进行的可能性,而且可以确定反应进行的快慢程度,这对扩散连接工艺的制定是非常有益的。合金元素的扩散决定了材料间的原子扩散距离以及接头处的均匀化程度,哈尔滨工业大学的何鹏以费克第二定律为基础对此进行了研究并建立了扩散过程中的元素浓度分布模型。对于异种材料扩散连接时金属间化合物的形成机理,到目前为止还没有一个理论能完全准确地预测和解释,只是有一个大家趋于一致的看法,即扩散连接中金属间化合物的形成和生长过程的初始阶段主要包括:接触金属以不同的速度进行互扩散,在晶体结构缺陷周围形成过饱和固溶体,在含扩散元素浓度高的缺陷区域形成新相晶核;金属间化合物晶核沿接头界面横向生长,长大的金属间化合物连成整体,并转向正常的正向生长;当生长到一定厚度时开始在其界面上形成第2 种金属间化合物的晶核:* 种金属间化合物层进一步长大,第2种金属间化合物横向生长,真空分子扩散焊,连成整体。
3.接头变形及应力行为的模拟
扩散连接接头应力模拟研究主要集中在陶瓷/ 金属连接件中,常采用解析方法和有限元方法进行分析计算,并以计算结果作为****措施的依据。
但是由于在对扩散连接接头的残余应力分析中,高分子扩散焊设备,无论是解析法还是有限元法,几乎都未考虑材料间扩散过程中所形成的反应层,而此反应层是影响接头残余应力及接头性能的****其重要的因素,因而,其计算模型在很大程度上降低了分析结果的准确性,有待开展更加深入细致的研究工作 。
近年来随着材料科学的发展,新材料不断涌现,在生产应用中,经常遇到新材料本身或与其它材料的连接问题。如陶瓷、金属间化合物、非晶态材料及单晶合金等,用传统的熔焊方法,分子扩散焊,很难实现可靠的连接。而一些特殊的*构件的制造,往往需要把性能差别较大的异种材料,如金属与陶瓷、铝与钢、钛与钢、金属与玻璃等连接在一起,这用传统的熔焊方法也难以实现。为了适应这种要求,近年来作为固相焊接方法之一的扩散焊接技术引起了人们的重视,成为焊接领域的研究热点,正在飞速发展。这种技术已广泛应用于异种材料的焊接,其中,异种金属,陶瓷/ 金属异种材料焊接构件在航空航天领域具有广泛的应用前景