CN1737525A - TiAl合金／钢钎焊接头界面金相组织的显示方法 - Google Patents

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冯吉才
何鹏
李玉龙
闫久春
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TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，它涉及一种异种材料钎焊接头的金相组织显示方法。为了解决现有TiAl合金与钢钎焊的腐蚀方法很难获得边界清晰的接头组织，进而导致对接头界面结构分析失误的问题，本发明是这样实现的：首先浸蚀抗腐蚀性强的一侧母材TiAl合金，再浸蚀抗腐蚀性较弱的母材钢，浸蚀抗腐蚀性强的母材TiAl合金时，控制强腐蚀性的腐蚀液在接头界面的流动方向，使其不会对腐蚀性弱的母材钢造成影响。本发明可以完整的显示TiAl合金/钢钎焊接头界面组织，图片清晰美观，TiAl合金/钎缝、钎缝/钢界面清晰可见。本发明的方法简单易行，不需任何特殊设备。

Description

TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法
技术领域：
本发明涉及一种异种材料钎焊接头的金相组织显示方法，特别是一种采用银基钎料钎焊TiAl合金/钢接头的彩色金相组织的显示方法。
背景技术：
在TiAl合金与钢的钎焊接头界面组织分析过程中，为了分析接头界面组织与性能之间的关系，需要对不同钎焊工艺参数下的接头界面金相组织，尤其是对母材与钎缝边界的反应层进行观察，以便调整工艺参数，获得接头界面组织力学性能良好的钎焊接头。在现有的TiAl合金与钢钎焊的文献中，由于腐蚀方法的问题很难获得边界清晰的接头组织，进而导致了对接头界面结构分析的失误。例如，日本的T.Noda在Materials engineering A杂志上发表的文章中认为，TiAl/Ag-Cu-Ti/钢钎焊接头中没有TiC反应层生成。但是如果腐蚀方法得当，可以发现接头中是有TiC层生成的，类似的问题是完全可以避免的。
发明内容：
为了解决现有TiAl合金与钢钎焊的腐蚀方法很难获得边界清晰的接头组织，进而导致对接头界面结构分析失误的问题，本发明提供一种能够克服上述缺点的TiAl合金/钢钎焊接头分层次金相浸蚀显示方法，使钎焊接头界面组织，特别是TiAl合金/钎缝、钎缝/钢两侧边界清晰可见。本发明的目的是这样实现的：(一)浸蚀抗腐蚀性强的TiAl合金母材一侧：TiAl合金/钢钎焊接头试样按照TiAl合金一侧在下、钢在上的顺序放置，将TiAl合金腐蚀液滴在钎缝下侧2～3mm处，控制液滴从左到右流动，使腐蚀液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流动的清水冲洗TiAl试件10～15秒脱酸，再用无水酒精冲洗试件10～15秒脱水，烘干，TiAl合金一侧腐蚀完成；(二)按常规金相腐蚀方法，使用钢腐蚀剂浸蚀抗腐蚀性较弱的钢母材一侧。
本发明的分层次浸蚀方法的特征在于，首先浸蚀抗腐蚀性强的TiAl合金母材一侧，再浸蚀抗腐蚀性较弱的钢母材，浸蚀抗腐蚀性强的TiAl合金母材时，控制强腐蚀性的腐蚀液在接头界面的流动方向，使其不会对腐蚀性弱的钢母材造成影响。本发明的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法可以完整的显示TiAl合金/钢钎焊接头界面组织，图片清晰美观，TiAl合金/钎缝、钎缝/钢界面清晰可见。本发明的方法简单易行，不需任何特殊设备。
附图说明：
图1为TiAl合金/钢钎焊接头界面结构示意图，其中1为钢，2为钎缝，3为TiAl合金，4为TiAl合金腐蚀液，5为注射器；图2为具体实施方式二的钎焊接头界面金相组织图；图3为图2的放大图；图4为具体实施方式二的钎缝TiAl侧界面金相组织图；图5为具体实施方式二的钎缝40Cr侧界面金相组织图；图6为具体实施方式三的钎焊接头界面金相组织图；图7为图6的放大图；图8为具体实施方式三的钎缝TiAl侧界面金相组织图；图9为具体实施方式三的钎缝40Cr侧界面金相组织图。
具体实施方式：
具体实施方式一：本实施方式是这样实现的：(一)浸蚀抗腐蚀性强的TiAl合金母材一侧：将TiAl合金/钢试样的侧面对向操作者，TiAl合金一侧在下，钢在上(如图1)，将内部装有TiAl合金腐蚀液的注射器的针尖抵于钎缝下侧2～3mm处，推动注射器使腐蚀液留出2～3滴，并将注射器由左侧移动到右侧，带动液滴从左到右流动，移开针头，使腐蚀液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流动的清水冲洗TiAl试件10～15秒脱酸，再用无水酒精冲洗试件10～15秒脱水，烘干，TiAl合金一侧腐蚀完成；(二)按常规金相腐蚀方法，使用腐蚀剂浸蚀抗腐蚀性较弱的钢母材一侧。由于钢的腐蚀剂腐蚀性较弱，对TiAl合金一侧边界无明显影响，所以钢一侧的腐蚀方法按常规金相腐蚀方法进行即可。
本实施方式的分层次浸蚀方法包括标准金相试样的制备、金相试样的制备以及抛光和分层次浸蚀。采用常规金相试样制备方法制备TiAl合金与钢钎焊接头的金相试样，即：将试样在200#、400#、800#、1200#碳化硅或金刚砂金相砂纸上逐级打磨，然后用1μm的金刚砂抛光剂进行抛光，直到试样表面无明显划痕为止，其中试样的钎缝两侧TiAl合金与钢各宽4mm～6mm。
配制TiAl合金与钢的腐蚀液：TiAl合金腐蚀液由1.5～2.5ml氢氟酸、30～50ml硝酸和45～75ml水配制而成；钢的腐蚀剂由3～5ml酒精和95～97ml水配制而成。
具体实施方式二：本实施方式以Ag-Cu-Ti(Ag-Cu35.2-Ti1.8，wt％重量百分比)钎料钎焊的TiAl合金与40Cr钢接头(TiAl合金与40Cr钢母材成分如表1所示)为例，但不局限于本实施方式，界面金相组织分层腐蚀显示方法如下，它适用于所有类型的TiAl合金/钢。
表1 TiAl合金与40Cr钢母材成分(at％原子百分比)
  Al   Ni   Cr   Nb   Ti   Fe   Si   C   Mn
  TiAl40Cr   47.2-   1.170.18   0.560.95   0.11-   51.0-   -97.55   -0.27   -0.40   -0.65
一、制备TiAl合金与钢钎焊接头的金相试样：
采用常规金相试样制备方法制备TiAl合金与钢钎焊接头的金相试样，其中钎缝两侧TiAl合金与钢各宽5mm。将试样在200#、400#、800#、1200#碳化硅金相砂纸上逐级打磨，然后用1μm的金刚砂抛光剂进行抛光，直到试样表面无明显划痕为止。
二、配制TiAl合金与钢的腐蚀液：
TiAl合金腐蚀液由1.5ml氢氟酸、30ml硝酸和45ml水配制而成；钢的腐蚀剂由3ml酒精和95ml水配制而成。
三、分层次浸蚀TiAl合金/钢钎焊接头：
首先浸蚀TiAl合金，将试样侧面对向操作者，TiAl合金一侧在下，钢在上，如图1所示。将内有TiAl合金腐蚀液的注射器针尖抵于钎缝下侧2mm处，推动注射器使腐蚀液留出2滴，并将注射器由左侧移动到右侧，带动液滴从左到右流动，移开针头。使腐蚀液在TiAl合金母材上停留10秒，用流动的清水冲洗TiAl试件10秒脱酸，再用无水酒精冲洗试件10秒脱水，烘干，TiAl合金一侧腐蚀完成。钢的一侧采用腐蚀剂，按常规金相腐蚀方法腐蚀。采用上述方法腐蚀所得的TiAl合金与钢的钎焊接头界面金相组织照片如图2～图5所示。
图2、图3为钎焊接头界面的整体金相组织，可见采用本发明的分层次腐蚀的方法，两次分别腐蚀结构钢和TiAl合金可以在同一个接头上一次获得清晰的整体界面组织，观察到的界面组织结构为从上到下依次为：TiAl合金母材、焊缝区、40Cr钢，其中焊缝区包括靠近TiAl合金的Ti-Cu-A1的金属间化合物层，中部的Ag基固溶体组织以及Ag-Cu共晶组织，靠近钢侧的TiC层。把图3金相组织放大，观察靠近TiAl合金母材侧界面，如图4，可见Cu的扩散层和Ti-Cu-Al的金属间化合物团块组织；观察靠近钢侧的组织，如图5，可以清晰地看到TiC反应层、Ag基固溶体组织以及Ag-Cu共晶组织，其中Ag基固溶体组织中还可以看到细小的富Cu的二次相析出。
具体实施方式三：本实施方式以Ag-Cu-Ni-Li(Ag-Cu27-Ni1-Li0.5，wt％重量百分比)钎料钎焊的TiAl合金与40Cr钢接头(TiAl合金与40Cr钢母材成分如表1所示)为例，界面金相组织分层腐蚀显示方法如下。
一、制备TiAl合金与钢钎焊接头的金相试样：
采用常规金相试样制备方法制备TiAl合金与钢钎焊接头的金相试样。钎缝两侧TiAl合金与钢各宽4mm。将试样在200#，400#，800#，1200#碳化硅金相砂纸上逐级打磨，然后用1μm的金刚砂抛光剂进行抛光，直到试样表面无明显划痕为止。
二、配制TiAl合金与钢的腐蚀液：
TiAl合金腐蚀液由2.5ml氢氟酸、50ml硝酸和75ml水配制而成；钢的腐蚀剂由5ml酒精和97ml水配制而成。
三、分层次浸蚀TiAl合金/钢钎焊接头：
首先浸蚀TiAl合金，将试样侧面对向操作者TiAl合金一侧在下，钢在上，如图1所示。将内有TiAl合金腐蚀液的注射器针尖抵于钎缝下侧3mm处，推动注射器使腐蚀液留出3滴，并将注射器由左侧移动到右侧，带动液滴从左到右流动，移开针头。使腐蚀液在TiAl合金母材上停留20秒，用流动的清水冲洗TiAl试件15秒脱酸，再用无水酒精冲洗试件15秒脱水，烘干，TiAl合金一侧腐蚀完成。钢的一侧采用腐蚀剂(成分：5ml酒精，97ml水)，按常规金相腐蚀方法腐蚀。采用上述方法腐蚀所得的TiAl合金与钢的钎焊接头界面金相组织照片如图6～图9所示。
图6、图7分别为钎焊接头界面的整体金相组织，可见采用本发明的分层次腐蚀的方法，两次分别腐蚀结构钢和TiAl合金可以在同一个接头上一次获得清晰的整体界面组织，观察到的界面组织结构为从上到下依次为：TiAl合金母材、焊缝区、40Cr钢，其中焊缝区包括靠近TiAl合金的Ti-Cu-Al的金属间化合物层，Cu向TiAl母材扩散形成的扩散层，中部的Ag基固溶体组织、Cu基固溶体组织以及Ag-Cu共晶组织，靠近钢侧的TiC层。把图7金相组织放大，观察靠近TiAl合金母材侧界面，如图8，可见Cu的扩散层和Ti-Cu-Al的金属间化合物组织；观察靠近钢侧的组织，如图9，可以清晰地看到TiC反应相、Ag基固溶体组织以及Ag-Cu共晶组织，其中Ag基固溶体组织中还可以看到细小的富Cu的二次相析出。

Claims (9)

1、TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于它按照下述步骤进行：(一)浸蚀抗腐蚀性强的TiAl合金母材一侧：TiAl合金/钢钎焊接头试样按照TiAl合金一侧在下、钢在上的顺序放置，将TiAl合金腐蚀液滴在钎缝下侧2～3mm处，控制液滴从左到右流动，使腐蚀液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流动的清水冲洗TiAl试件10～15秒脱酸，再用无水酒精冲洗试件10～15秒脱水，烘干，TiAl合金一侧腐蚀完成；(二)按常规金相腐蚀方法，使用钢腐蚀剂浸蚀抗腐蚀性较弱的钢母材一侧。
2、根据权利要求1所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于所述TiAl合金/钢试样是这样制备的：将试样在200#、400#、800#、1200#碳化硅或金刚砂金相砂纸上逐级打磨，然后用1μm的金刚砂抛光剂进行抛光，直到试样表面无明显划痕为止。
3、根据权利要求2所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于TiAl合金/钢试样的钎缝两侧TiAl合金与钢各宽4～6mm。
4、根据权利要求1所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于TiAl合金腐蚀液由1.5～2.5ml氢氟酸、30～50ml硝酸和45～75ml水配制而成。
5、根据权利要求4所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于TiAl合金腐蚀液由1.5ml氢氟酸、30ml硝酸和45ml水配制而成。
6、根据权利要求4所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于TiAl合金腐蚀液由2.5ml氢氟酸、50ml硝酸和75ml水配制而成。
7、根据权利要求1所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于钢的腐蚀剂由3～5ml酒精和95～97ml水配制而成。
8、根据权利要求1所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于钢的腐蚀剂由3ml酒精和95ml水配制而成。
9、根据权利要求1所述的TiAl合金/钢钎焊接头界面金相组织的显示方法，其特征在于钢的腐蚀剂由5ml酒精和97ml水配制而成。
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