C/C复合材料与钛及钛合金的焊接好不好

      钛合金比强度高、抗腐蚀性能好、综合力学性能优异，是目前航空航天领域的明星材料。将钛合金与具有优异高温性能的C/C复合材料连接起来能够获得质量轻、高温性能好、能够满足一定结构强度要求的连接件，在航空航天等领域有着广泛的应用前景。银基、钛基钎料是C/C复合材料与钛合金钎焊常用的钎料。

      M.Singh等人采用三种钎料钎焊C/C复合材料与纯钛，三种钎料分别为Cu-ABA,TiCuNi和TiCuSi，均呈箔状，厚度约为50 μm。分析发现，在钎焊过程中溶质的再分配和扩散导致的冶金结合保证了钎料对基体的润湿性。C/C复合材料中的C纤维束的取向影响了接头的性能，采用Cu-ABA钎料能够获得最佳的接头性能；C纤维束的方向垂直于Ti管轴获得的接头承载能力最高，C纤维束的方向平行于Ti管轴获得的接头承载能力最低。

      郭伟等人对C/C复合材料和TC4钛合金的钎焊进行了研究，采用的钎料为AgCu钎料(72Ag-28Cu，质量分数，%)。钎焊温度820～940 ℃，保温3～30 min。焊接时TC4钛合金中的Ti扩散到钎料和C/C复合材料中，提高了钎料对C/C复合材料的润湿性并且和钎料、母材发生化学反应。试验证明，可以通过AgCu钎料钎焊C/C复合材料和TC4钛合金，接头界面为TC4/Ti2Cu+Ti(s.s)/Ti2Cu/TiCu/Ag(s.s)+Ti3Cu4/TiC/C/C复合材料，获得的接头剪切强度在880 ℃时可保持33 MPa达10 min。

      秦优琼等人采用Ti-Zr-Cu-Ni非晶态合金钎料钎焊C/C复合材料和TC4钛合金。在C/C复合材料、TC4钛合金与箔状钛基钎料之间分别加入一层Cu中间层和一层Mo中间层，这样一方面可避免钎料与TC4钛合金母材形成大量钛铜、钛镍等脆性化合物，另一方面可缓解由于母材与钎料热膨胀系数差异在接头处产生的残余应力。结果证明,这种方法能用于C/C复合材料和TC4钛合金的钎焊，且随着钎焊温度的增加和保温时间的增长，Cu和Mo中间层的溶解加剧，形成连续、厚度较大的反应层。

      由于银基、钛基钎料对C/C复合材料的润湿性较差，需要提高温度来改善钎料对母材的润湿性，当钎焊温度超过了钛合金的相变温度时，会导致整体结构的韧塑性下降。因此,焊前对C/C复合材料进行表面处理，在C/C复合材料表面添加一些与钎料润湿性好的材料，可以降低钎焊温度，提高接头的性能[18]。李争显等人[19]在TC4钛合金表面沉积一层镍层，厚度为3 μm，采用真空钎焊焊接TC4钛合金与C/C复合材料，钎料采用银基钎料和镍基钎料，钎焊温度为800～850 ℃，保温时间15 min，得到的钎焊接头室温剪切强度达到48 MPa。

     综上所述，目前钎焊是C/C复合材料与钛合金焊接的主要手段，银基钎料、钛基钎料等均可用于C/C复合材料与钛合金的钎焊。

     钛合金与C/C复合材料钎焊的优势在于Ti本身对C/C复合材料的润湿性比较好，但是钎焊温度超过钛合金相变温度时会降低钎焊接头的性能。通过在母材表面沉积镍层等处理方式可以降低钎焊温度，保证钎焊温度不超过钛合金的相变温度。

      钛合金与C/C复合材料的钎焊主要依靠钎料与母材元素的润湿与扩散，因此采用合理钎焊温度和保温时间来保证钎料母材的充分反应，避免产生过量金属间化合物。更多碳碳复合材料信息可查看http://www.jasencc.com