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                表面自納米化在鈦合金和不銹鋼擴散焊接中的應用




                采用表面自納米化技術(surface self-nanocrystallization,SSNC),對鈦合金和不銹鋼進行固態擴散焊接,對解決鈦鋼焊接中出現的問題提供了可能。當被焊材料表面產生的塑性變形達到一定程度后,其晶粒尺寸將細化到納米尺度,從而使金屬內部的晶界、位錯、空位等非平衡缺陷的數量急劇增加,從擴散動力學來說,這些缺陷為鐵、鈦、鉻、鎳等元素的互擴散提供了短程擴散的通道,降低了擴散激活能。另外,在焊接壓力作用下,納米晶粒的金屬所具有的超速性效應將加速表面物理接觸進程。因此,對被焊材料進行表面自納米化處理后,將加快被焊偶件的接觸進程,大幅度提高原子的擴散速率,可望在較低的溫度下和較短的時間內對異種材料進行有效地焊接,在進一步提高焊接質量的前提下,大幅度提高焊接效率、節約能源。通過優化工藝,可望控制和消除金屬間化合物所帶來的不利影響,控制基體金屬的晶粒長大和焊接接頭的熱應力和組織應力,解決傳統擴散焊接工藝所不能解決的問題。

                目前,還未發現有將表面自納米化技術應用于異種材料擴散焊接的報道。CinaEldror等人采用納米ZrO 2Y-TZP)粉體材料作為中間層,對塊體的同成分陶瓷進行了焊接試驗,試驗結果說明,納米尺寸的ZrO2-4.5wtY 2 O 3能夠對相同化學成分的陶瓷材料進行焊接,焊接接頭不存在超聲波能夠探測到的缺陷,且焊接溫度比常規方法低得多。

                采用SMAT技術對鈦合金和不銹鋼進行表面自納米化處理,通過強烈的塑性變形將表面層的粗晶粒轉化為納米晶粒,可以有效地杜絕納米晶粒的氧化和污染,同時也可以保持其高的致密性。表面自納米化除了能大大地提高原子擴散速率外,在擴散焊接中應用時還有一個優勢,就是可以利用表面納米晶粒所產生的超速性變形,在擴散焊接的初始階段,加快凹凸不平接合界面屋里接觸進程,增大擴散區的面積。試驗結果表明,具有細小晶粒的鈦合金和不銹鋼都具有超速性效應。




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