采用Ni基钎料钎焊AlCoCrFeNi高熵合金的接头组织及性能研究

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高熵合金特有的高熵、晶格畸变等效应使其具有高强度、高硬度和优异的高温稳定性等特点,广泛应用于汽车、航空航天、核反应堆等领域,作为潜在的结构材料,已经成为研究的热点。然而,目前关于A1CoCrFeNi高熵合金的钎焊研究还未报道。因此,研究高熵合金钎焊对其广泛应用具有重要意义。本文采用Ni基钎料对高熵合金体系中典型A1CoCrFeNi高熵合金进行钎焊研究。系统的研究了钎焊工艺对A1CoCrFeNi高熵合金钎焊接头的组织演变及接头力学性能的影响规律,并对钎焊过程中钎料的熔化和连接机理进行了探讨。通过断口形貌分析了钎焊接头的断裂模式,建立了接头组织与断裂机理的联系,并对钎焊接头的高温稳定性能进行了研究。结果表明:(1)钎焊接头典型微观组织分为熔合区和扩散区两部分,扩散区靠近A1CoCrFeNi高熵合金母材。不同钎焊温度下的钎缝扩散区组织为BCC、FCC和CrB,熔合区组织随钎焊温度升高而发生相变,在钎焊温度为1150℃、1200℃和1250℃时,其组织由Ni基固溶体和硼化物构成,此外,化合物Al3Ni5在1250℃析出;钎焊温度增加至1300℃和1350℃时,熔合区组织变为BCC、FCC和CrB。(2)随钎焊温度升高,钎缝熔合区宽度变化不明显,而扩散区宽度逐渐增加,且组织细化、硼化物减少。熔合区除发生相变外,当钎焊温度为1300℃增加至1350℃时,部分硼化物形貌有所变化,由原来的黑色变成灰色,组织FCC变为更细的条状,与母材组织形貌相似。(3)钎焊接头的断口位置表明:在钎焊温度为1150℃、1200℃和1250℃时,断口多发生在钎缝中心,当钎焊温度为1300℃和1350℃时,断口发生在钎缝和A1CoCrFeNi高熵合金母材。保温15 min,接头剪切强度随钎焊温度升高先上升后下降,在1300℃达到最大值687.2 MPa;随保温时间(0 min、15 min、30 min、45min)的延长,接头剪切强度也呈先上升后下降的趋势,在保温15 min时达到最大。(4)将在1300℃保温15 min下获得的钎焊接头在800℃和900℃热处理后发现,钎缝中组织得到细化,FCC相中析出大量细小CrB。热处理后钎焊接头的剪切试验结果分别为664.0 MPa和593.6 MPa,说明此钎焊条件下的接头具有较好的高温稳定性。本文对首次采用Ni基钎料实现了A1CoCrFeNi高熵合金的高强度连接,并验证了接头的高温稳定性。
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