擴散接合
編輯散焊或擴散焊是一種用于金屬加工的固態焊接技術,能夠連接相似和不同的金屬。 它的工作原理是固態擴散,其中兩個固態金屬表面的原子隨時間散布。 這通常在升高的溫度下完成,大約是材料xxx熔化溫度的 50-75%。 散焊通常通過對要焊接的材料施加高壓并結合必要的高溫來實現; 該技術最常用于焊接薄金屬箔和金屬線或細絲交替層的夾層結構。 目前,擴散連接法廣泛應用于航空航天和核工業中高強度和難熔金屬的連接。
歷史
編輯擴散焊工藝已有數百年歷史。 這可以以填充金的形式找到,這是一種用于將金和銅結合以用于珠寶和其他應用的技術。 為了制造填充金,鐵匠首先將一定量的純金錘打成薄薄的金箔。 然后將該薄膜放在銅基板的頂部并壓低。 最后,使用稱為熱壓焊接或 HPW 的工藝,將重物/銅/金膜組件放置在烤箱內并加熱,直到金膜充分結合到銅基板上。
蘇聯科學家 N.F. 描述了現代方法。 1953 年的卡扎科夫。
特點
編輯散焊不涉及液體熔合,通常也不涉及填充金屬。 沒有重量添加到總數中,連接往往表現出基底金屬的強度和耐溫性。 這些材料不會或很少會發生塑性變形。 引入的殘余應力非常小,并且沒有來自鍵合過程的污染。 理論上它可以在任何尺寸的連接表面上進行,而不會增加處理時間,但實際上,表面往往受到所需壓力和物理限制的限制。 可以使用相似和不同的金屬、活性和難熔金屬或不同厚度的零件進行散裝接合。
由于成本相對較高,擴散接合最常用于難以或無法通過其他方式焊接的作業。 例子包括通常不可能通過液態熔合連接的焊接材料,例如鋯和鈹; 具有極高熔點的材料,例如鎢; 必須在高溫下保持強度的不同金屬的交替層; 和非常薄的蜂窩狀金屬箔結構。 盡管在 850 °C 以上的溫度下薄氧化物層會溶解并從接合表面擴散開,但鈦合金通常會采用擴散接合。
溫度依賴性
編輯穩態擴散由通過配合表面橫截面積的擴散流量決定。 菲克xxx擴散定律指出:
J = ? D ( d C / d x ) , {\displaystyle J=-D(dC/dx),}
其中 J 是擴散通量,D 是擴散系數,dC/dx 是通過相關材料的濃度梯度。 負號是梯度的產物。 另一種形式的菲克定律指出:
J = M / ( A t ) , {\displaystyle J=M/(At),}
其中 M 定義為擴散原子的質量或數量,A 是橫截面積,t 是所需時間。 使兩個方程相等并重新排列,我們得到以下結果:
t = ? ( 1 / D ) ( M / A ) ( d C / d x ) ? 1 。 {\displaystyle t=-(1/D)(M/A)(dC/dx){-1}。}
由于給定接頭的質量和面積是恒定的,因此所需時間在很大程度上取決于濃度梯度,濃度梯度僅通過接頭的增量變化,以及擴散系數。 擴散系數由下式確定:
D = D 0 e ? Q d / R T , {\displaystyle D=D_{0}e{-Q_{\text{d}}/RT},}
其中 Qd 是擴散的活化能,R 是通用氣體常數,T 是過程中經歷的熱力學溫度,D0 是一個與溫度無關的指數前因子,它取決于所連接的材料。 對于給定的接頭,此方程式中xxx受控制的項是溫度。
進程
編輯當連接兩種具有相似晶體結構的材料時,擴散接合是通過夾持兩個待焊件并使它們的表面彼此鄰接來進行的。 在焊接之前,必須將這些表面加工成經濟可行的盡可能光滑的表面,并盡可能保持無化學污染物或其他碎屑。 兩個金屬表面之間的任何中間材料可能會阻止材料的充分擴散。 為每個焊接應用制作特定的工具,以使焊機與工件相匹配。 夾緊后,對組件施加壓力和熱量,通常持續數小時。
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