铜合金-钼异种材料扩散焊接工艺研究(2)
1.1 扩散连接1.1.1 扩散连接的原理及特点扩散焊接，顾名思义重点在于扩散，即接触面原子向连接体内部相互渗透（转移）的过程，是原子的宏观流动过程。扩散过程大致可分为两个阶段：第一阶段形成初始表面，此阶段表面的粗糙度和薄膜发生变形；第二阶段包括原子的互扩散和空位及位错的迁移[6]。扩散的过程及质量直接决定接头的性能和连接效果。因此扩散焊接需要在焊前对表面进行严格精细处理，在焊接过程中提高温度及施加压力促进原子扩散，并维持足够长的时间使扩散过程充分进行。扩散机制分为两种：间隙扩散与置换扩散。间隙扩散指间隙原子从一个间隙位置迁移到另一个间隙位置；置换扩散指原子与空位交换位置从而迁移到新的平衡位置，故也称空位扩散。空位扩散涉及柯肯达尔效应，即由于原子扩散速度不同而造成的标记面移动的现象。在间隙固溶体中，存在很多空位，间隙原子借此进行扩散；在置换固溶体中，原子半径大于间隙半径，不能通过间隙扩散，而是通过原子交换位置完成扩散。同时，也存在互扩散（晶格运动造成物质运动）和自扩散（纯物质中组员的扩散），但不为主要影响。温度是扩散的主要驱动力，因此工艺中的温度变量的制定尤为重要。对于异质材料的扩散连接，会发生反应扩散并有可能产生新的化学相，需通过X射线衍射进行物相分析，研究新相产生对扩散连接的影响[7]。在焊接工艺评定中，焊接缺陷及变形是影响构件服役性能的重要因素。对于扩散焊来说，由于焊接前连接表面的精细处理，以及真空条件下的焊接，使焊件表面不再被氧化污染，对接处基本不会出现诸如气孔、裂纹、未熔合等缺陷。传统熔焊的温度场是集中移动的热源，温度的差异使得试件产生明显的变形。而扩散焊接加热是整体感应加热，其过程的温度场相比于熔焊要均匀的多，也不存在热源集中并移动的问题，因此几乎不发生焊接变形，连接效果要好得多[8]。扩散焊接方法是钎焊的一种，与压焊的不同之处在于：钎焊是仅钎料熔化而母材保持固态，钎料熔点低于母材熔点。依靠润湿和毛细作用，熔化的钎料被吸入并保持在母材焊缝间隙中，液态钎料与固态母材之间相互扩散，进而形成冶金结合。扩散焊具有一系列的优点：不需要保护气体；不需要焊后机械加工，可以消除金属的损失；不会增加构件重量；真空扩散焊接不产生辐射能、气体和粉尘等等[9]。由于此种焊接方法的机理在于扩散，原子从平衡位置迁移到新的平衡位置的过程需要很长的时间。实践表明，铜钼真空扩散连接实验的周期约为一天，在取得较好接头的结果时，也需要承担较高的时间成本。
1.1.2 扩散连接的工艺扩散焊接接头形式一般为对接接头，表面处理对于形成实际的接触面积至关重要，表面越光洁，扩散越容易[10]。表面化学处理可以保证接头强度稳定性。目前研究的一般处理流程为磨削；砂纸打磨至粗糙度要求；酒精擦拭、吹干；化学清洗；酒精擦拭、吹干。磨削及砂纸打磨过程中需要小心保证连接面平整，以保证装配时紧密结合。化学清洗可以选择的溶液有硫酸、盐酸或丙酮；选择超声波清洗的手段，即将声能转化为机械能，利用空化作用和直进流作用进行清洗。表面处理也可以用真空加热的方法，温度要足够高，使金属表面层蒸发和氧化膜升华。在其他参数一定时，提高温度可以提高接头强度，但温度不能过高，否则会使晶粒长大，使接头强度下降。温度的选择需要参考具体的连接材料及中间层。扩散焊接过程中压力这一参数的作用是可以使连接界面发生塑性变形，进而达到以下目的：
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