最新tlp扩散连接的动力学模型.ppt

第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议 TLP 扩散连接的动力学模型陈思杰河南理工大学材料科学与工程学院第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议一、研究对象、范畴?瞬时液相扩散连接( Transient liquid- phase bonding 简称 TLP )的模型与工艺,属于材料科学的扩散与相变的理论范畴,传统的工艺强调的是材料在连接过程中通过降低熔点元素的扩散发生等温凝固,实际研究中, TLP 连接的模型可以是非平衡的。例如,具有温度梯度的TLP 连接工艺模型, TLP 连接双温连接模型, 后两种模型和传统的瞬时液相扩散连接模型有很大的区别。突破了传统理论等温凝固的概念, 用非平衡结晶理论来研究建立中间层液体结晶过程,改善凝固界面的形态和扩散过程,提高连接接头的使用性能。第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议?国外的研究概况: 20 世纪 70 年代初, Duall 等人在研究镍基高温合金的焊接时,提出了一种新型的连接技术——瞬时液相扩散连接技术,并且将该技术成功的应用于 JT9D 涡轮发动机的叶片焊接,焊接接头有效率>% ,实现了 TLP 连接技术的实际应用。至今已在镍基、钴基、氧化物弥散强化的高温的连接中广泛应用。近年来,随着航空航天、空间技术、微电子、石油化工等高新技术的迅速发展,新材料与结构不断得到应用,飞行器动力装置、核能设备、压力容器与管道、电子封装等重要结构或部件,不仅要求具有高强度,还要求结构具有良好的断裂韧性、抗腐蚀性、耐磨性以及耐高温等性能,进一步促进了 TLP 连接技术的发展, TLP 连接方法具有广阔的工程应用前景。在钢材、有色金属、电子器件、先进陶瓷和异种材料的连接方面都有研究。二、国内外研究进展第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议?国内 TLP 连接方面的研究概况 1、北京航空材料研究院,李晓红毛唯郭万林谢永慧等人主要对国内自行研制第一代镍基单晶高温合金 DD3 ,第二代单晶合金 DD6 进行过渡液相扩散焊(TLP 扩散焊)工艺进行了研究。 2、东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,借鉴 TLP 连接技术在其它领域的最新研究进展,提出利用 4045 铝合金为中间层材料, 采用轧制复合的方法生产不锈钢-3003 铝合金复合板的新工艺。 3、哈尔滨工业大学焊接生产技术国家重点实验室,许志武、闫久春等人研究了铝基复合材料瞬问液相扩散焊接( TLP )接头金相组织。钱乙余冯吉才何鹏等人对 TiAl 与 40Cr 钢之间的扩散连接进行了研究。 4、北京航空航天大学机械工程学院,曲文卿、庄鸿寿、张彦华等对 SiC 颗粒增强 A1 基复合材料与 A1 合金的 TLP 扩散连接试验,对异种材料 TLP 扩散连接过程存在的非对称性进行了深入的研究,并对异种材料 TLP 扩散连接过程的等温凝固动力学进行了数学建模。 5、清华大学机械系邹贵生、吴爱萍等研究了 Ti/Ni/Ti 复合层 TLP 扩散连接 Si3N4 陶瓷的机理。第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议三、 TLP 连接模型简介?1、 TLP 与 TG-TLP 简介 TLP 连接原理是将某种中间层合金置入连接界面,加热至连接温度,中间层含有降熔元素( MPD )发生熔化或者由于与基体相互作用, 在连接界面间形成液态薄膜。在随后的保温过程中,中间层合金与基体发生元素扩散,因而成分改变,熔点升高,在连接温度下发生等温凝固,实现连接过程。近年来在连接工艺上也在不断发展,例如剑桥大学的 与 提出了一种“带有温度梯度的 TLP 扩散焊( Temperature gradient-transient liquid-phase bonding 简称 TG-TLP )”的新工艺,突破了传统的 TLP 扩散连接惯用的连接区温度均匀分布的束缚,其优点在于可使最终凝固所得的界面由经典 TLP 连接情况下所得的平面状变为非平面状(正弦状或胞状),增加了沿非平面状界面上的金属-金属之间的接触面积;将残留的难熔氧化物粒子在接合线( bondline )上分布由传统 TLP 工艺下的平直状改善为正弦状或胞状分布。这样与传统 TLP 连接相比,提高了接头的剪切强度,并避免了接头质量的随机波动。可以获得比传统工艺更好的组织和性能。第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议?2、 TLP 等温凝固的的传统模型图 1 TLP 连接的传统模型第五届全国材料与热加工物理模拟及数值模拟学术会议?3、 TG-TLP 连接模型中过冷度的形成 C 0- 远离界面的液体成分 k- 溶质分配系数 V- 界面移动速度 D- 液体中溶质扩散系数图2 、 TG-TLP 连接模型过冷度形成示意图