ZrO2陶瓷与镍基高温合金的空气活性钎焊研究毕业论文
2021-03-17 09:03
摘 要
ZrO2是重要的结构和功能陶瓷，它具有良好的耐高温性能，较高的强度和断裂韧性，镍基高温合金具有较高的塑性，良好的抗氧化性能，因此实现两者的连接可以极大的拓宽它们的应用范围。
本文基于空气活性钎焊原理，以Ag-CuO为复合钎料在空气炉中实现对氧化锆陶瓷与GH3128镍基高温合金的钎焊连接，并对焊后试样进行金相分析、电镜观察、剪切强度测试等一系列分析测试，以确定钎焊机理和钎料中CuO的最佳配比。所得结果对于金属与陶瓷的钎焊连接具有重要的指导意义。
论文主要研究了在Ag-CuO复合钎料中CuO的摩尔百分含量对钎焊接头组织性能的影响。研究结果表明：在Ag-CuO复合钎料中，以8%（摩尔含量）的CuO配制出的复合钎料所焊得的接头抗剪强度最佳。
关键词：空气钎焊；Ag-CuO复合钎料；氧化锆陶瓷；GH3128镍基高温合金
Abstract
As an important structural and functional ceramic,ZrO2 has excellent heat resistance，high strength and fracture toughness.Nickel base superalloy has good plasticity and oxidation resistance.So it can broaden their application to realize the joint between them.
In this paper,based on the principle of air brazing,the brazing joining is realized successfully between ZrO2 ceramic and GH3128 nickel base superalloy by using Ag-CuO composite brazing filler metal. A series of analyses and tests were carried out on the joint such as metallographic analysis, electron microscope observation and shear strength test to determine the brazing mechanism and the optimum ratio of CuO in the filler. The obtained results have important guiding significance for the future work of brazing of metal and ceramics.
The effect of mole fraction of CuO in Ag-CuO composite brazing filler metal on the microstructure and properties of brazed joint was studied in this paper.The results show that the joint strength of the composite brazing filler metal prepared by CuO with 8% mol content in Ag-CuO composite brazing filler metal is the best.
Key Words：Air brazing; Ag-CuO composite brazing filler metal;ZrO2 ceramic; GH3128 nickel base superalloy
目录
目录 I
第1章 绪论 1
1.1 课题背景 1
1.2 陶瓷钎焊技术研究的重要意义 1
1.3 陶瓷与金属的连接 2
1.3.1 陶瓷连接技术的发展 2
1.3.2 连接困难 3
1.3.3 连接方法 4
1.4 陶瓷与金属连接的润湿机理 6
1.4.1 固体金属的表面结构 6
1.4.2铺展与润湿 7
1.4.3 影响润湿性的因素 9
1.5 本课题主要研究内容 10
1.6 本章小结 10
第2章 实验材料与方案 11
2.1 试验材料 11
2.1.1 氧化锆陶瓷 11
2.1.2 GH3128镍基高温合金 12
2.2 钎焊设备和工艺 13
2.2.1 钎焊设备与用途 13
2.2.2 钎焊过程 15
2.3 性能测试及微观分析 16
2.3.1 显微组织分析 16
2.3.2 力学性能测试 16
2.3.3 扫描电镜（SEM）分析 16
2.4 本章小结 17
第3章 钎焊接头组织与性能分析 18
3.1 钎焊机理 18
3.2 氧化铜含量对接头组织和性能的影响 19
3.2.1 氧化铜含量对接头组织的影响 19
3.2.2 氧化铜含量对接头性能的影响 20
3.3 断口形貌分析 21
3.4 本章小结 22
第4章 结论与展望 23
4.1 结论 23
4.2 展望 23
参考文献 24
致 谢 25
第1章 绪论
1.1 课题背景
当代技术的发展通常需要材料在高温条件下能够稳定的工作，尤其在航天航空领域，燃动机轮的材料选用方面，传统的金属与合金材料难以满足实际使用要求。将陶瓷与金属连接后得到的具有复合功能的新材料应运而生。
陶瓷材料具有较高的硬度、强度、耐高温、抗腐蚀及耐磨损性能。但是，作为由天然黏土以及各种天然矿物为主要原料经过粉碎、混炼、成型和煅烧制得的材料，它的塑性和韧性因为成型和煅烧工艺的局限而无法提高，那么，在构造复杂的零部件的棱角处非常容易出现的应力集中现象就会由于陶瓷材料天然的低塑、韧性使得它无法通过部分体积上的塑性变形来得到缓解和释放[1]。金属材料，特别是镍基合金在650～1000℃高温下有较高的强度、塑性与一定的抗氧化腐蚀能力。
在现代工业中，为了提高燃气涡轮机的工作温度，需要氧化锆陶瓷与镍基高温合金连接作为汽轮机中的热障层。所以，氧化锆陶瓷与镍基高温合金GH3128的连接成为了现代陶瓷连接研究中的关键[2]。
1.2 陶瓷钎焊技术研究的重要意义
中国古代的陶瓷制品有着辉煌的历史成就，从商代晚期（公元前13世纪～公元前11世纪）的白陶到汉初时景德镇瓷器的开端再到明清的远扬盛名，瓷器贯穿了整部中国历史。瓷器英文----china就足以表明中国在世界上的代名[3]。
如果说古代陶瓷材料是由于人类生存发展的需要而制成日用器皿、建筑材料的话，（见图1.1）那么在现代各个领域齐头发展的新时代，陶瓷材料的应用已经大大超越了这个范畴。（如图1.2,现代陶瓷材料用在医学领域做陶瓷牙）这些发展始于对新功能，新材料的需求，依赖于现代科学技术的进步，尤其是材料加工技术的发展，使得对陶瓷材料的研究日新月异，各项成果与日俱增。对比古代陶瓷材料，现代陶瓷材料具有强度高，硬度高，耐腐蚀，耐高温等优良特点，作为高能物理和半导体等领域的重要材料已经在实际生产中得到应用，甚至在家用材料、集成电路和电光源等方面已经取代了传统的金属与合金材料。而在航空航天、化工冶金、仪器与机械制造等领域陶瓷材料也有着广泛的应用前景[4]。（陶瓷材料的特点与用途见表1.1）
