异种材料焊接接头固有的热应力会损害接头的连接强度、高温性能及抗热震性能, 选择或设计合适的中间层是降低异种材料焊接接头热应力的有效手段。概括介绍了异种材料接头热应力缓冲中间层的基本类型及其降应力原理; 重点综述了国内外对于复层中间层、吸能夹层中间层、复合材料中间层及功能梯度中间层等四种热应力缓冲中间层的研究现状, 并对各中间层的优缺点进行了评述。综合考虑异种材料焊接工艺的难易程度、经济性、连接质量及适应性, 认为复合材料中间层和含吸能夹层的复层中间层最具发展前景。
所属栏目
综述南京工程学院创新基金资助项目(CKJ2010004)
收稿日期
2013/1/32013/10/19
作者单位
徐振钦:南京工程学院 材料工程学院, 南京 211167
杨宗辉:南京工程学院 材料工程学院, 南京 211167
备注
徐振钦(1973-), 男, 山东枣庄人, 副教授, 博士。
引用该论文:
XU Zheng-qin,YANG Zong-hui.Research Actuality of Thermal Stress Relaxation Interlayer for Dissimilar Materials Joints[J].Materials for mechancial engineering,2013,37(12):6～10
徐振钦,杨宗辉.异种材料焊接接头热应力缓冲中间层的研究现状[J].机械工程材料,2013,37(12):6～10
参考文献
【1】
方洪渊, 冯吉才.材料连接过程中的界面行为[M].哈尔滨: 哈尔滨工业大学出版社, 2005.
【2】
许并社.材料界面的物理与化学[M].北京: 化学工业出版社, 2006.
【3】
HSUEH C H, DE JONGHE L C, LEE C S. Modeling of thermal stresses in joining two layers with multi-and graded interlayers[J].Journal of the American Ceramic Society, 2006, 89(1): 251-257.
【4】
GILLIA O, GAILLENS B. Fabrication of amaterial with composition gradient for metal/ceramic assembly[J].Powder Technology, 2011, 208(2): 355-366.
【5】
TRAYESSAA D, FERRANTEA M, QUDENB G D. Diffusion bonding of aluminium oxide to stainless steel using stress relief interlayers[J].Materials Science and Engineering: A, 2002, 337(1/2): 287-296.
【6】
ZHOU Y , BAO F H, REN J L, et al. Interlayer selection and thermal stresses in brazed Si3N4-steel joints[J].Materials Science and Technology, 1991, 7(9): 863-868.
【7】
ZHONG Z H, HINOKI T, YUNG H C. Microstructure and mechanical properties of diffusion bonded SiC/steel joint using W/Ni interlayer[J].Materials & Design, 2010, 31(3): 1070-1076.
【8】
ZHONG Zhi-hong, TATSUYA H, KOHYAMA A.Microstructure and mechanical strength of diffusion bonded joints between silicon carbide and F82H steel[J].Journal of Nuclear Materials, 2011, 417: 395-399.
【9】
张勇.Cf/SiC陶瓷基复合材料与高温合金的高温钎焊研究[D].北京: 钢铁研究总院, 2006.
【10】
HAO Hong-qi, WANG Yong-lan, JIN Zhi-zhao, et al. The effect of interlayer metals on the strength of alumina ceramic and 1Cr18Ni9Ti stainless steel bonding[J].Journal of Materials Science, 1995, 30(16): 4107-4111.
【11】
KALIN B A, FEDOTOV V T, SEVEJUKOV O N, et al. Development of rapidly quenched brazing foils tojoin tungsten alloys with ferritic steel[J].Journal of Nuclear Materials, 2004, 329/333: 1544-1548.
【12】
KALIN B A, FEDOTOV V T, SEVEJUKOV O N, et al. Development of brazing foils to join monocrystalline tungsten alloys with ODS-EUROFER steel[J].Journal of Nuclear Materials, 2007, 367/370: 1218-1222.
【13】
冀小强, 李树杰, 马天宇, 等.用Zr/Nb复合中间层连接SiC陶瓷与Ni基高温合金[J].硅酸盐学报, 2002, 30(3): 305-310.
【14】
朱定一, 金志浩, 王永兰.中间层Mo网对Al2O3/Nb钎焊接头热震抗力的影响[J].复合材料学报, 1999, 16(2): 81-84.
【15】
SHIRZADIA A A, ZHUB Y, BHADESHIAA H K D H. Joining ceramics to metals using metallic foam[J].Materials Science and Engineering: A, 2008, 496(1/2): 501-506.
【16】
任艳红, 朱颖, 曲平, 等.缓解陶瓷与金属钎焊接头残余应力的新方法研究[J].新技术新工艺, 2012(3): 71-74.
【17】
熊进辉, 黄继华, 薛行雁, 等.Cf/SiC复合材料与Ti合金的AgCuTi-W复合钎焊[J].航空材料学报, 2009, 29(6): 48-51.
【18】
RABIN B H, WILLIAMSON R L, BRUCK H A, et al. Residual strains in an Al2O3-Ni Joint bonded with a composite interlayer: experimental measurements and FEM analyses[J].Journal of the American Ceramic Society, 1998, 81(6): 1541-1549.
【19】
ZHONG Z, HINOKI T, KOHYAMA. Joining of silicon carbide to ferritic stainless steel using a W-Pd-Ni interlayer for high-temperature applications[J].Journal of Applied Ceramic Technology, 2010, 7(3): 338-347.
【20】
SONG X G, CAO J, WANG Y F, et al. Effect of Si3N4-particlesaddition in Ag-Cu-Ti filler alloy on Si3N4/TiAl brazed joint[J].Materials Science and Engineering: A, 2011, 528(15): 5135-5140.
【21】
ZHANG J, SUN Y. Microstructure and mechanical properties of the Si3N4/42CrMo steel joints brazed with Ag-Cu-Ti+Mo composite filler[J].Journal of the European Ceramic Society, 2010, 30(15): 3245-3251.
【22】
GREUNER H, BOLT H, BOSWIRTH B, et al. Vacuum plasma-sprayed tungsten on EUROFER and 316L: Results of characterisation and thermal loading tests[J].Fusion Engineering and Design, 2005, 75/79: 333-338.
【23】
田亮, 黄继华, 张志远, 等.用Ti50Cu+W钎料连接Si/SiC复相陶瓷与殷钢的研究[J].材料工程, 2008(9): 71-74.
【24】
YANG Min-xuan, LIN Tie-song, HE Peng, et al. Brazing of Al2O3 to Ti-6Al-4V alloy with in situ synthesized TiB-whisker-reinforced active brazing alloy[J].Ceramics International, 2011, 37(8): 3029-3035.
【25】
LIN Tie-song, YANG Min-xuan, HE Peng, et al. Effect of in situ synthesized TiB whisker on microstructure and mechanical properties of carbon-carbon composite and TiBw/Ti-6Al-4V composite joint[J].Materials & Design, 2011, 32(8/9): 4553-4558.
【26】
邹贵生, 吴爱萍, 任家烈. Al/Ti/Al复合层原位生成金属间化合物连接陶瓷[J].稀有金属材料与工程, 2003, 32(12): 981-984.
【27】
邹贵生, 吴爱萍, 任家烈, 等.用Al-Ti合金加压钎焊Si3N4陶瓷及接头高温性能[J].航空材料学报, 1999, 19(2): 48-52.
【28】
张德库, 吴爱萍, 邹贵生, 等.原位生成法半固态连接Si3N4复相陶瓷的接头组织[J].清华大学学报: 自然科学版, 2004, 44(5): 613-619.
【29】
邹贵生, 吴爱萍, 任家烈, 等.用Al-Zr和Al-V合金加压钎焊Si3N4陶瓷[J].焊接技术, 2000, 29(2): 1-3.
【30】
杨宗辉, 沈以赴, 孟氢钡.浸渗法合金化纯钨表层的研究[J].材料工程, 2012 (7): 86-91.
【31】
种法力, 陈俊凌, 李建刚.VPS-EBW法制备W/Cu功能梯度材料及热负荷实验研究[J].稀有金属材料与工程, 2006, 35(9): 1509-1512.
【32】
MONTANARI R, RICCARDI B, VOLTERRI R, et al. Characterisation of plasma spray W coatings on a CuCrZr alloy for nuclear fusion reactor applications[J].Materials Letters, 2002, 52: 100-105.
【33】
RICCARDI B, MONTANARI R, CASADEI M, et al.Optimisation and characterization of tungsten thick coatings on copper based alloy substrates[J].Journal of Nuclear Materials, 2006, 352: 29-35.
【34】
PINSTSUK G, SMID I, DRING J E, et al. Fabrication and characterization of vacuum plasma sprayed W/Cu-composites for extreme thermal conditions [J].J Mater Sci, 2007, 42(1): 30-39.
【35】
LI J Q, ZENG X R, TANG J N, et al. Fabrication and thermal properties of a YSZ-NiCr joint with an interlayer of YSZ-NiCr functionally graded material[J].Journal of the European Ceramic Society, 2003, 23(11): 1847-1853.
【36】
刘红兵, 陶杰, 张平则, 等. 功能梯度Al2O3涂层残余热应力分析[J].机械工程学报, 2008, 44(8): 26-31.
【37】
林严资, 宋勇, 郭智慧, 等.CLAM钢基体表面Al2O3功能梯度涂层残余应力模拟分析[J].核科学与工程, 2008, 28(4): 65-69.
【38】
李云凯, 王勇, 李树奎, 等.PSZ / Mo 功能梯度材料[J].复合材料学报, 2003, 20(6): 42-46.
【39】
徐金富, 张学彬, 费有静, 等.MoSi2/不锈钢连接梯度过渡层的残余应力[J].中国有色金属学报, 2007(6): 65-69.
