连年来跟着材料科学的不断发展、新材料的出现， 为了惩处同种或异种材料间的鸠集问题， 扩散鸠集期间因其特有的固相鸠集上风引起了东说念主们的喜爱， 成为了材料鸠集鸿沟新的商酌热门.目下寰宇上有好多先进的工业国度都对其进行了平素的商酌和应用.扩散鸠集期间可用于分娩制造新器件a片 男同， 能中意航空航天、电气成就、机械工业和核工业商酌等安设中要津零部件特等的鸠集要求[1-2]， 在工业制造中阐扬着越来越进击的作用.算作寰宇“第三金属”的钛及钛合金因其优异的性能在好多鸿沟得到了应用.但由于钛合金材料具有传热扫数小、比热低、化学性质汜博等本性， 其机械加工的难度较大， 是目下较难加工的材料之一.机械加工费事一定进度上成为钛合金应用和发展的瓶颈， 是以惩处钛合金加工问题的新期间新治安也成为了东说念主们的商酌热门[3].本文综述了扩散鸠集期间在钛合金加工中的应用及商酌进展， 包括钛合金与不锈钢、陶瓷材料的扩散鸠集， 常用TC4钛合金和TA15钛合金的扩散鸠集， 细致了国表里学者的商酌着力， 对影响扩散鸠集质地的3个主要因素温度、压力、时刻进行了对比分析， 为最好工艺参数的遴荐提供了参考， 终末指出了目下需要惩处的问题和发展标的.
1 扩散鸠集期间的道理及本性 1.1 扩散鸠集的道理扩散鸠集指的是相互战争的材料名义， 在高温、压力和真空或保护敌视的作用下， 相互围聚从而发生局部塑性变形， 经过一定时刻后勾通层的原子相互扩散， 最终形成合座可靠鸠集的历程.与普通焊接表情不同的是， 扩散鸠集并不发生融化和宏不雅塑性变形， 这亦然它的上风场所.莫得金属液的融化， 径直通过固相原子相互扩散达到鸠集的目的， 幸免了普通焊接中因金属融化而产生的劣势.从可鸠集性的角度看， 扩散鸠集不错杀青各式材料、各式特等结构的可靠鸠集[4-5].
扩散鸠集历程常常分为三个阶段[2]:第一阶段为物理战争阶段.扩散鸠集时， 经过处理的名义仍然呈现微不雅的凹凸叛逆， 材料之间的战争主要以点战争为主， 高温下对其施加压力， 部分战争的点开端产生塑性变形， 经过捏续的压力作用， 战争面积从容增大， 形成详细战争， 得到中意要求的扩散鸠集扣问.第二阶段为扩散及界面推移阶段.在此阶段详细战争的界面原子进行扩散移动， 此时扩散鸠集扣问处鸠集表情主要为金属键， 经过一定的保温时刻后， 扩散的勾通层达到一定深度， 金属键鸠集变成安谧的冶金鸠集.第三阶段为界面和孔洞袪除阶段， 主要的模式为体积扩散.通过不时扩散作用， 界神态洞从容袪除， 扣问组织身分趋于均匀， 原始界面袪除， 该历程速率较从容， 常常需要几十分钟到几十小时不等.
扩散鸠集历程默示图如图 1所示.
图 1
扩散鸠集历程默示图[2]
Fig. 1
Sketch map of diffusion bonding process[2]
1.2 扩散鸠集的本性 扩散鸠集期间的主要本性如下[2]:
(1) 扩散鸠集得当进行里面鸠集和多点、大面积构件的鸠集， 以及电弧可达性较差， 用传统焊接治安无法杀青的鸠集.
(2) 扩散鸠集不错进行耐热材料、陶瓷材料、磁性材料及汜博金属的鸠集.尤其得当于不同种类的金属材料与非金属异种材料的鸠集.异种材料的扩散鸠集商酌占到通盘扩散鸠集期间商酌的70%.
(3) 扩散鸠集期间对装配等条目要求严格， 使它成为了一种高精密的鸠集表情.扩散鸠集后， 工件的残余应力小， 基本不产生变形， 可杀青机械加工后的精密装配鸠集.
2 钛合金加工 2.1 钛合金的应用及发展钛合金因其具有优胜的详尽性能， 成为了一种理念念的结构材料.钛合金具有两个主要的优点[6]:一是其密度小而强度高， 且有较好的高温性能， 能在600 ℃高温下责任而发达突出; 二是其具有较强的耐腐蚀性， 不错在酸性介质中责任， 抗腐蚀性能优于不锈钢.由于性能优胜， 钛合金在好多鸿沟都得到了平素的应用.在航空航天鸿沟， 钛合金是弗成衰退的“天外金属”， 在飞机机身、发动机和火箭部件的制造中起到了进击的作用.在其他鸿沟， 钛合金的用量也在逐年飞腾， 阐扬着越来越进击的作用， 在船舶、汽车、医疗、动力和化工等鸿沟体现尤为较着.在船舶工业中， 钛合金优异的抗腐蚀性能及比强度高、无磁的本性， 使其绝顶得当海洋环境， 已奏效应用到船舶的进击部件上， 比如船壳体、螺旋桨和阀体等.在汽车工业中， 钛合金的优良性能为汽车的节能减排作出了很大孝顺[7].
2.2 钛合金的加工近况钛合金常用的机械加工表情有磨削、铣削、切削和铸造等， 但钛合金的低加工着力、高加工老本等问题一直是限制其发展的瓶颈[8-9].钛合金目下仍被以为是难加工材料之一， 形成其难加工的原因主要为[10-12]:(1) 钛合金的传热扫数较小， 机械加工时切屑战争区域产生的高温难以实时抹杀， 而钛合金较小的传热扫数加重了高温的形成， 使得加工热过大; (2) 钛合金的比强度较高， 加工温度较高时， 刀具磨损严重; (3) 钛合金的化学性质汜博， 机械加工时易与刀具产生氧化响应， 产生加工硬化等问题; (4) 钛合金的弹性模量小， 机械加工历程中不踏实， 容易磨损刀具.固然钛合金难以机械加工， 关联词其在工业制造鸿沟尤其是飞机制造行业中仍然弗成或缺.是以寻求治安镌汰钛合金的加工难度、普及加工着力和材料应用率以及镌汰加工制形老本成为东说念主们商酌的热门.
扩散鸠集期间在钛合金加工中的应用商酌体当今钛合金自己及与其他材料的鸠集、钛合金零件的批量分娩、航行器结构件轻量化等方面， 同期应用扩散鸠集与超塑成形期间的组合进行加热压力加工， 克服了传统加工工艺的过失， 材料的应用率达到90%以上[13].商酌标明， 扩散鸠集期间不错很好地应用在钛合金的加工中， 一定进度上为其加工难问题提供了惩处阶梯， 值得进一步开辟和完善.
3 扩散鸠集在钛合金加工中的应用 3.1 钛合金与不锈钢的扩散鸠集通过扩散鸠集期间将钛合金与不锈钢勾通起来， 充分阐扬两种材料各自的上风， 不错酌盈注虚， 同期能中意产物经济与性能的要求， 在市集上领有精深的应用出路.周荣林等[14]商酌了钛合金与不锈钢网的扩散鸠集， 对TC4钛合金和00Crl8Ni10不锈钢选定径直扩短工艺.商酌标明该工艺下的最好工艺参数为鸠集温度880 ℃， 鸠集压力10 MPa， 鸠集时刻0.5 h， 扣问强度74 MPa， 扣问界面近区变形率＜1%.秦斌等[15-16]用相变超塑性扩散鸠集法杀青了TA17钛合金与0Cr18Ni9Ti不锈钢之间的鸠集.锤真金不怕火得到钛合金与不锈钢扩散鸠集的最优工艺参数是轮回上限温度890 ℃， 轮回下限温度800 ℃， 轮回10次， 轮回加热速率为30 ℃/s， 扩散鸠集压力5 MPa， 时刻仅为160 s， 扣问强度可达307 MPa.其相变超塑性扩散鸠集工艺历程如图 2所示.李小强等[17]用Pt-Ni合金作中间层进行了TC4钛合金和00Crl8Ni10不锈钢的扩散鸠集锤真金不怕火， 得到了强度为146 MPa的鸠集扣问， 比径直鸠集的强度普及近1倍.扩散鸠集的最好工艺参数为鸠集温度850 ℃， 鸠集压力10 MPa， 鸠集时刻10~15 min， 中间层厚度30 μm.Balasubramanian等[18-20]对TC4钛合金和304不锈钢以Ag为中间层的扩散鸠集进行了商酌， 在750~800 ℃时奏效进行了鸠集， 在5 MPa， 1.5 h条目下鸠集扣问获取了最大搭接剪切强度.
图 2
相变超塑性扩散鸠集(PTDB)默示图[16]
Fig. 2
Sketch map for PTDB[16]
3.2 钛合金与陶瓷的扩散鸠集 陶瓷材料性能优良但本体较脆， 加工性差， 复杂结构中常常需要和金属材料鸠集使用才调中意要求， 比如详尽性能较高的钛合金.扩散鸠集期间绝顶得当异种材料间的鸠集， 国表里学者对钛合金与陶瓷材料间的扩散鸠集也进行了好多商酌.Wickman等[21]对TC4钛合金/TiAl基复合材料/A12O3陶瓷三层结构真空扩散鸠集进行了商酌.扫尾标明， 三层结构均获取了较好的鸠集效果， 较好的工艺参数分辩为， 时刻/温度:1 573 K/360 ks， 1 523 K/360 ks和1 473 K/360 ks.王义峰等[22]对置氢TC4钛合金与A12O3陶瓷的扩散鸠集进行了商酌， 锤真金不怕火得到的扣问抗剪强度最大为128 MPa， 标明置氢有助于普及TC4钛合金扣问性能， 改善扩散鸠集质地.锤真金不怕火的最优工艺参数为鸠集温度840 ℃， 保温时刻90 min， 鸠集压力3 MPa， 氢质地分数为0.4%.对扩散鸠集扣问压剪断口进行XRD分析可知， 扣问界面处主要为Ti3Al2和AlTiO5相， 图 3为断口的XRD分析扫尾.
图 3
TC4/Al2O3扣问断口XRD分析扫尾[22]
Fig. 3
XRD pattern of the fracture of TC4/Al2O3 joint[22]
3.3 TC4钛合金的扩散鸠集
3.3.1 TC4钛合金扩散鸠集期间商酌进展 TC4钛合金是目下使用最平素的钛合金， 其用量约占钛合金合座用量的一半.TC4钛合金详尽性能强， 其强度、塑性、韧性、耐高温性、焊接性、抗腐蚀性和生物相容性等均较好， 被称为钛合金工业中的“王牌合金”， 其他许多钛合金都不错看作是它的改型[23].
扩散鸠集期间在TC4钛合金中的应用商酌平素， 主如果影响因素的商酌.影响扩散鸠集质地的因素有好多， 鸠集温度、鸠集压力、保温时刻、扣问名义景色、保护气体及中间层的选取等， 其中进击的因素是鸠集温度、压力和保温时刻.这些主要的因素相互影响相互制约， 鸠集参数的遴荐便是限定这些因素， 最终得到详尽性能直率的扩散鸠集扣问[2].
林兆荣等[24]经过多数的锤真金不怕火， 建议了进行TC4钛合金扩散鸠集的轻便工艺参数范围为:宜选鸠集温度900~950 ℃， 鸠集压力1~5 MPa， 保温时刻30~180 min.周克印等[25]对TC4钛合金扩散鸠集后的疲倦断裂本性进行了商酌， 由疲倦断裂试件的断口形貌分析发现， 裂纹膨胀为穿晶断裂.通过对比锤真金不怕火标明， 当温度与压力遴荐合应时， 扩散鸠集处界面上的金相组织变成了针状魏氏体.此时晶粒尺寸变大， 使得在疲倦裂纹膨胀历程中覆盖劣势膨胀的才调增强， 普及了其抗疲倦断裂的性能.锤真金不怕火所用的TC4钛合金板材最好工艺参数为鸠集压力为2.94 MPa， 温度为960 ℃， 保温时刻2 h， 扩散鸠集对减速疲倦裂纹膨胀起到一定作用， 使其抗疲倦断裂性能有所改善.
施晓琦[26]对TC4钛合金单层板加强结构SPF/DB工艺进行了商酌， 得到最优扩散鸠集工艺参数为:鸠集温度920 ℃， 加载压力3.0 MPa， 保温时刻1.5 h.崔元杰[27]制作了超塑成形/扩散鸠集三层板结构件， 选定温度900 ℃， 压力2.5 MPa， 时刻1 h的扩散鸠集工艺参数， 焊接率最大达到99.5%.韩文波等[28]选定气压成形治安进行了超塑成形/扩散鸠集四层板结构件的商酌， 其中扩散鸠集工艺参数为:鸠集温度930 ℃， 保温时刻0.5 h， 鸠集压力10 MPa.
Ma等[29]对航行器口盖扩散鸠集工艺进行了商酌， 口盖材料选定TC4钛合金.锤真金不怕火发现， 当扩散鸠集温度为910 ℃， 压力为1.5 MPa， 保温时刻为1 h时， 扩散鸠集的质地最好.选定S314005对扩散鸠集后毛坯进行超声检测， 焊接区域不小于90%， 单个焊接面积不大于50 mm2， 相邻两个未焊接劣势区域的间距不小于其中较大劣势轴长度.扩散鸠集后材料的显微组织为等轴相+晶间β相， 等轴晶粒度级别指数大于9级， 较原始组织莫得发生太大变化.
张蕾等[30-31]对置氢TC4钛合金的扩散鸠集进行了商酌， 锤真金不怕火扫尾标明:扩散鸠集界神态洞弥合率因氢元素的加入而权贵普及.置氢TC4钛合金扩散鸠集最优工艺参数为:鸠集温度775 ℃， 鸠集压力4 MPa， 保温时刻为1 h， 置氢质地分数0.4%， 对扣问进行室温拉伸强度测试， 拉伸强度达1 017 MPa， 接近母材强度， 扣问有直率的塑性， 断口兼具韧窝及扯破棱形貌特征.图 4为拉伸试样断口宏不雅与微不雅形貌.
图 4
置氢TC4钛合金扩散鸠集拉伸试样断口[30]
Fig. 4
Fracture of hydrogenated TC4[30]
王国峰等[32-33]在封边焊后成形温度920 ℃， 成形时刻t=2 h， 成形压力2 MPa的条目下进行TC4钛合金中空叶片扩散鸠集-超塑成形期间的商酌.成形后对扩散鸠集扣问厚度进行测量， 扩散鸠集扣问隔邻的厚度较小， 其他区域厚度漫衍均匀， 成形质地较好.图 5是在不同的保温时面前扩散鸠集扣问的显微图.由图 5可知， 在保温时刻较短的时候， 形成的孔洞是比拟一语气的大孔洞; 保温时刻稍稍长一些， 形成的孔洞是零碎孔洞; 保温时刻2 h时， 孔洞基本袪除.
图 5
扩散鸠集效果[32]
Fig. 5
Effect of diffusion bonding[32]
吴心晨[34]对涡轮用宽弦空腹电扇叶片的扩散鸠集工艺进行了商酌， 锤真金不怕火标明当TC4钛合金扩散鸠集的面积较大时， 应适合加长扩散鸠集时刻， 同期限定加载压力以免零件发生变形.锤真金不怕火得出最优工艺参数为扩散鸠集温度930 ℃， 单元面积压力2.5 MPa， 保温时刻1 h， 选定自动限定位移加载， 经超声检测及金相分析， 扣问质地直率.
suzyq 足交贺小帆等[35]对含中心孔结构的钛合金层板的扩散鸠集裂纹膨胀本性进行了商酌， 锤真金不怕火筹办了3种试件， 分辩为含ɸ6 mm中心孔的8 mm厚单层板材、含ɸ6 mm中心孔的三层板和含ɸ12 mm中心孔的止焊三层板(厚度分辩是3， 2和3 mm)， 通过疲倦对比锤真金不怕火得出:总厚度8 mm的钛合金三层板的裂纹膨胀性能不弱于厚度8 mm的单层板; 而由于止焊区的存在， 含ɸ12 mm中心孔的止焊三层板的裂纹膨胀本性得到了较着改善， 商酌得到沿孔径标的的裂纹长度表征的裂纹膨胀王法轻便可形色为da/dN=Qab.
3.3.2 TC4钛合金的超塑成形/扩散鸠集(SPF/DB)TC4钛合金不仅具有直率的扩散鸠集性能， 在高温下同期能获取极高的伸长率， 领有超塑性能， 因此超塑成形期间也常用于钛合金加工.TC4钛合金超塑成形工艺的最好温度在920 ℃傍边， 而扩散鸠集的合适温度在870~1 280 ℃， 这两种成形期间所需的条目(温度、材料组织等)适值相互吻合， 因此将其勾通起来放到一皆进行， 组成了SPF/DB工艺[36].其成形的结构件合座性强， 扩散鸠集期间的使用代替了铆接等机械鸠集表情， 不仅减少了装配的责任量， 何况杀青了轻量化， 图 6为3种典型的SPF/DB结构.
图 6
典型的SPF/DB结构[26]
Fig. 6
Typical structure of SPF/DB[26]
SPF/DB工艺在钛合金加工中的应用， 不仅为钛合金的加工提供了一种灵验的阶梯， 何况普及了材料应用率， 镌汰了分娩老本， 杀青了结构的合座化， 达到了轻量化的目的.SPF/DB工艺常用来制作航空航天鸿沟所使用的薄壁结构件， 如飞机壁板、舵体、翼梁、涡轮叶片等， 并从容应用在建筑、车辆制造等鸿沟， 具有很好的发展出路[37].
Han等[38]对TC4钛合金气胀SPF/DB期间制造蜂窝状结构进行了锤真金不怕火商酌， 对SPF/DB的温度、压力、时刻参数对扣问剪切强度和成形件的厚度均匀性的影响进行了对比， 细目了SPF/DB的最优工艺参数.商酌发现， 室温下变形时， 材料的断裂处为基体而非接口处， 讲明了SPF/DB工艺不错用于制造蜂窝状空腹结构.王闹热[39]商酌了翼类钛合金SPF/DB的要津工艺， 分析锤真金不怕火扫尾得到DB的最优工艺参数为:温度860 ℃， 压力3 MPa， 加压时刻40 min; SPF参数为:温度860 ℃， 最猛进气压力1.5 MPa， 加压时刻50 min.王大刚等[40]关于激光预焊芯板夹层建议了一种SPF/DB新工艺用来成形舵体零件， 通过仿真和锤真金不怕火商酌标明:SPF/DB工艺在温度920 ℃， 最大气压1.2 MPa， 真空度5×10-3 Pa的情况下， 成形得到及格产物， 焊接率为95%以上， 壁厚漫衍均匀性90%以上， 晶粒长大35%以内， 新的成形工艺效果较传统工艺好.
3.4 TA15钛合金的扩散鸠集TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金属于近α型钛合金， 既具备α型钛合金直率的热入伍性和热一语气性， 又具备与α+β型钛合金接近的工艺塑性， 是详尽性能优良的钛合金.TA15钛合金可在500 ℃下万古刻责任， 瞬时责任温度达到800 ℃， 在450 ℃领有6 000 h的责任寿命[41]， 常用于制造需要在500 ℃万古刻责任的结构件和焊接承力件， 如发动机叶片、机架、飞机钣金件、大型壁板、扣问和焊接承力架等.TA15钛合金是我国进击的结构用钛合金和挫伤容限型钛合金， 在航空航天和军工等鸿沟得到了普遍的应用[42-43].其断裂韧性、疲倦极限和抗应力腐蚀才调均比TC4钛合金高， 工艺塑性稍低于TC4钛合金[44].
杨琴[45]对TA15-TA15钛合金扣问扩散鸠集工艺进行了商酌， 通过力学性能测试及金相不雅察得到论断:(1) 压力与时刻对抗拉强度和伸长率的影响相对较小; (2) 扣问两侧组织均匀狭窄， 扣问整皆， 存在一丝气孔， 晶粒在扣问扩散鸠集区域充分扩散， 扣问鸠集效果直率， 杀青了等强度鸠集; (3) 在920 ℃， 1.5 MPa， 2 h条目下， 综协力学性能最好， 室温抗拉强度达925.33 MPa， 伸长率为14.33%， 高温抗拉强度为616.5 MPa， 伸长率为24.25%.
周媛等[46]以Ti， Ni薄膜为中间层的TA15钛合金和DD6单晶合金为基体， 进行了低温扩散鸠集的商酌.扫尾标明， 应用磁控溅射期间， 以Ti， Ni薄膜算作中间层进行了TA15钛合金与DD6单晶高温合金的低温扩散鸠集， Ti， Ni从母材一侧扩散至另一侧， 扩散鸠集扣问组织分层， 主要为Ti2Ni和TiNi相.得到的最优工艺参数为鸠集温度800 ℃， 鸠集压力20 MPa， 保温时刻2 h.图 7为该工艺参数下得到的扣问组织图和扣问区域元素线扫描分析扫尾.
图 7
扣问组织图及线扫描分析[47]
Fig. 7
Microstructure of joint and line scanning analysis[47]
刘佳佳等[47]对TA15钛合金扩散鸠集性能进行了商酌， 选定正交锤真金不怕火的治安， 进行扩散鸠集工艺锤真金不怕火， 以焊接率为判据来获取优化的工艺参数.锤真金不怕火扫尾标明， 影响TA15钛合金扩散鸠集质地的主要因素为温度， 次要因素为保温保压时刻， 鸠集压力的影响相对较小.在参数组合940 ℃/1.5 MPa/1.5 h， 940 ℃/2 MPa/ 2 h， 920 ℃/1 MPa/2 h和920 ℃/2 MPa/1.5 h扩散鸠集效果均较理念念， 焊接率均大于95%.扩散鸠集温度升高时， 扣问显微硬度从容加多， 在940 ℃时最高， 扣问勾通均直率.
4 结语扩散鸠集期间算作一种新式的加工表情， 领有其特有的上风， 开展对它的商酌、开辟、应用以及产业化对国民经济发展具有进击的试验道理.通过以上分析， 将扩散鸠集期间应用到钛合金加工中， 不错一定进度上惩处其难加工问题， 对普及分娩着力和材料应用率有着进击的作用.目下， 扩散鸠集期间仍然存在对加工环境要求高， 加工工艺限制大以及加工成就较难中意等需要惩处的问题.跟着期间的不断发展和完善a片 男同， 其发展空间将会得到更大的拓展， 在钛合金等难加工材料的加工应用中具有精深的应用出路.扩散鸠集期间与超塑成形工艺的勾通， 为其提供了一种新的发展标的， 使得扩散鸠集期间省略鼓舞制造业更好更快的发展， 在不久的未来必将迎来快速发展和应用的岑岭.