專利名稱：TiAl合金／鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種異種材料釬焊接頭的金相組織顯示方法，特別是一種采用銀基釬料釬焊TiAl合金/鋼接頭的彩色金相組織的顯示方法。
背景技術(shù)：
在TiAl合金與鋼的釬焊接頭界面組織分析過程中，為了分析接頭界面組織與性能之間的關(guān)系，需要對不同釬焊工藝參數(shù)下的接頭界面金相組織，尤其是對母材與釬縫邊界的反應(yīng)層進行觀察，以便調(diào)整工藝參數(shù)，獲得接頭界面組織力學性能良好的釬焊接頭。在現(xiàn)有的TiAl合金與鋼釬焊的文獻中，由于腐蝕方法的問題很難獲得邊界清晰的接頭組織，進而導致了對接頭界面結(jié)構(gòu)分析的失誤。例如，日本的T.Noda在Materials engineering A雜志上發(fā)表的文章中認為，TiAl/Ag-Cu-Ti/鋼釬焊接頭中沒有TiC反應(yīng)層生成。但是如果腐蝕方法得當，可以發(fā)現(xiàn)接頭中是有TiC層生成的，類似的問題是完全可以避免的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有TiAl合金與鋼釬焊的腐蝕方法很難獲得邊界清晰的接頭組織，進而導致對接頭界面結(jié)構(gòu)分析失誤的問題，本發(fā)明提供一種能夠克服上述缺點的TiAl合金/鋼釬焊接頭分層次金相浸蝕顯示方法，使釬焊接頭界面組織，特別是TiAl合金/釬縫、釬縫/鋼兩側(cè)邊界清晰可見。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的(一)浸蝕抗腐蝕性強的TiAl合金母材一側(cè)TiAl合金/鋼釬焊接頭試樣按照TiAl合金一側(cè)在下、鋼在上的順序放置，將TiAl合金腐蝕液滴在釬縫下側(cè)2～3mm處，控制液滴從左到右流動，使腐蝕液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流動的清水沖洗TiAl試件10～15秒脫酸，再用無水酒精沖洗試件10～15秒脫水，烘干，TiAl合金一側(cè)腐蝕完成；(二)按常規(guī)金相腐蝕方法，使用鋼腐蝕劑浸蝕抗腐蝕性較弱的鋼母材一側(cè)。
本發(fā)明的分層次浸蝕方法的特征在于，首先浸蝕抗腐蝕性強的TiAl合金母材一側(cè)，再浸蝕抗腐蝕性較弱的鋼母材，浸蝕抗腐蝕性強的TiAl合金母材時，控制強腐蝕性的腐蝕液在接頭界面的流動方向，使其不會對腐蝕性弱的鋼母材造成影響。本發(fā)明的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法可以完整的顯示TiAl合金/鋼釬焊接頭界面組織，圖片清晰美觀，TiAl合金/釬縫、釬縫/鋼界面清晰可見。本發(fā)明的方法簡單易行，不需任何特殊設(shè)備。


圖1為TiAl合金/鋼釬焊接頭界面結(jié)構(gòu)示意圖，其中1為鋼，2為釬縫，3為TiAl合金，4為TiAl合金腐蝕液，5為注射器；圖2為具體實施方式
二的釬焊接頭界面金相組織圖；圖3為圖2的放大圖；圖4為具體實施方式
二的釬縫TiAl側(cè)界面金相組織圖；圖5為具體實施方式
二的釬縫40Cr側(cè)界面金相組織圖；圖6為具體實施方式
三的釬焊接頭界面金相組織圖；圖7為圖6的放大圖；圖8為具體實施方式
三的釬縫TiAl側(cè)界面金相組織圖；圖9為具體實施方式
三的釬縫40Cr側(cè)界面金相組織圖。
具體實施例方式具體實施方式
一本實施方式是這樣實現(xiàn)的(一)浸蝕抗腐蝕性強的TiAl合金母材一側(cè)將TiAl合金/鋼試樣的側(cè)面對向操作者，TiAl合金一側(cè)在下，鋼在上(如圖1)，將內(nèi)部裝有TiAl合金腐蝕液的注射器的針尖抵于釬縫下側(cè)2～3mm處，推動注射器使腐蝕液留出2～3滴，并將注射器由左側(cè)移動到右側(cè)，帶動液滴從左到右流動，移開針頭，使腐蝕液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流動的清水沖洗TiAl試件10～15秒脫酸，再用無水酒精沖洗試件10～15秒脫水，烘干，TiAl合金一側(cè)腐蝕完成；(二)按常規(guī)金相腐蝕方法，使用腐蝕劑浸蝕抗腐蝕性較弱的鋼母材一側(cè)。由于鋼的腐蝕劑腐蝕性較弱，對TiAl合金一側(cè)邊界無明顯影響，所以鋼一側(cè)的腐蝕方法按常規(guī)金相腐蝕方法進行即可。
本實施方式的分層次浸蝕方法包括標準金相試樣的制備、金相試樣的制備以及拋光和分層次浸蝕。采用常規(guī)金相試樣制備方法制備TiAl合金與鋼釬焊接頭的金相試樣，即將試樣在200#、400#、800#、1200#碳化硅或金剛砂金相砂紙上逐級打磨，然后用1μm的金剛砂拋光劑進行拋光，直到試樣表面無明顯劃痕為止，其中試樣的釬縫兩側(cè)TiAl合金與鋼各寬4mm～6mm。
配制TiAl合金與鋼的腐蝕液TiAl合金腐蝕液由1.5～2.5ml氫氟酸、30～50ml硝酸和45～75ml水配制而成；鋼的腐蝕劑由3～5ml酒精和95～97ml水配制而成。
具體實施方式
二本實施方式以Ag-Cu-Ti(Ag-Cu35.2-Ti1.8，wt％重量百分比)釬料釬焊的TiAl合金與40Cr鋼接頭(TiAl合金與40Cr鋼母材成分如表1所示)為例，但不局限于本實施方式，界面金相組織分層腐蝕顯示方法如下，它適用于所有類型的TiAl合金/鋼。
表1 TiAl合金與40Cr鋼母材成分(at％原子百分比)

一、制備TiAl合金與鋼釬焊接頭的金相試樣采用常規(guī)金相試樣制備方法制備TiAl合金與鋼釬焊接頭的金相試樣，其中釬縫兩側(cè)TiAl合金與鋼各寬5mm。將試樣在200#、400#、800#、1200#碳化硅金相砂紙上逐級打磨，然后用1μm的金剛砂拋光劑進行拋光，直到試樣表面無明顯劃痕為止。
二、配制TiAl合金與鋼的腐蝕液TiAl合金腐蝕液由1.5ml氫氟酸、30ml硝酸和45ml水配制而成；鋼的腐蝕劑由3ml酒精和95ml水配制而成。
三、分層次浸蝕TiAl合金/鋼釬焊接頭首先浸蝕TiAl合金，將試樣側(cè)面對向操作者，TiAl合金一側(cè)在下，鋼在上，如圖1所示。將內(nèi)有TiAl合金腐蝕液的注射器針尖抵于釬縫下側(cè)2mm處，推動注射器使腐蝕液留出2滴，并將注射器由左側(cè)移動到右側(cè)，帶動液滴從左到右流動，移開針頭。使腐蝕液在TiAl合金母材上停留10秒，用流動的清水沖洗TiAl試件10秒脫酸，再用無水酒精沖洗試件10秒脫水，烘干，TiAl合金一側(cè)腐蝕完成。鋼的一側(cè)采用腐蝕劑，按常規(guī)金相腐蝕方法腐蝕。采用上述方法腐蝕所得的TiAl合金與鋼的釬焊接頭界面金相組織照片如圖2～圖5所示。
圖2、圖3為釬焊接頭界面的整體金相組織，可見采用本發(fā)明的分層次腐蝕的方法，兩次分別腐蝕結(jié)構(gòu)鋼和TiAl合金可以在同一個接頭上一次獲得清晰的整體界面組織，觀察到的界面組織結(jié)構(gòu)為從上到下依次為TiAl合金母材、焊縫區(qū)、40Cr鋼，其中焊縫區(qū)包括靠近TiAl合金的Ti-Cu-A1的金屬間化合物層，中部的Ag基固溶體組織以及Ag-Cu共晶組織，靠近鋼側(cè)的TiC層。把圖3金相組織放大，觀察靠近TiAl合金母材側(cè)界面，如圖4，可見Cu的擴散層和Ti-Cu-Al的金屬間化合物團塊組織；觀察靠近鋼側(cè)的組織，如圖5，可以清晰地看到TiC反應(yīng)層、Ag基固溶體組織以及Ag-Cu共晶組織，其中Ag基固溶體組織中還可以看到細小的富Cu的二次相析出。
具體實施方式
三本實施方式以Ag-Cu-Ni-Li(Ag-Cu27-Ni1-Li0.5，wt％重量百分比)釬料釬焊的TiAl合金與40Cr鋼接頭(TiAl合金與40Cr鋼母材成分如表1所示)為例，界面金相組織分層腐蝕顯示方法如下。
一、制備TiAl合金與鋼釬焊接頭的金相試樣采用常規(guī)金相試樣制備方法制備TiAl合金與鋼釬焊接頭的金相試樣。釬縫兩側(cè)TiAl合金與鋼各寬4mm。將試樣在200#，400#，800#，1200#碳化硅金相砂紙上逐級打磨，然后用1μm的金剛砂拋光劑進行拋光，直到試樣表面無明顯劃痕為止。
二、配制TiAl合金與鋼的腐蝕液TiAl合金腐蝕液由2.5ml氫氟酸、50ml硝酸和75ml水配制而成；鋼的腐蝕劑由5ml酒精和97ml水配制而成。
三、分層次浸蝕TiAl合金/鋼釬焊接頭首先浸蝕TiAl合金，將試樣側(cè)面對向操作者TiAl合金一側(cè)在下，鋼在上，如圖1所示。將內(nèi)有TiAl合金腐蝕液的注射器針尖抵于釬縫下側(cè)3mm處，推動注射器使腐蝕液留出3滴，并將注射器由左側(cè)移動到右側(cè)，帶動液滴從左到右流動，移開針頭。使腐蝕液在TiAl合金母材上停留20秒，用流動的清水沖洗TiAl試件15秒脫酸，再用無水酒精沖洗試件15秒脫水，烘干，TiAl合金一側(cè)腐蝕完成。鋼的一側(cè)采用腐蝕劑(成分5ml酒精，97ml水)，按常規(guī)金相腐蝕方法腐蝕。采用上述方法腐蝕所得的TiAl合金與鋼的釬焊接頭界面金相組織照片如圖6～圖9所示。
圖6、圖7分別為釬焊接頭界面的整體金相組織，可見采用本發(fā)明的分層次腐蝕的方法，兩次分別腐蝕結(jié)構(gòu)鋼和TiAl合金可以在同一個接頭上一次獲得清晰的整體界面組織，觀察到的界面組織結(jié)構(gòu)為從上到下依次為TiAl合金母材、焊縫區(qū)、40Cr鋼，其中焊縫區(qū)包括靠近TiAl合金的Ti-Cu-Al的金屬間化合物層，Cu向TiAl母材擴散形成的擴散層，中部的Ag基固溶體組織、Cu基固溶體組織以及Ag-Cu共晶組織，靠近鋼側(cè)的TiC層。把圖7金相組織放大，觀察靠近TiAl合金母材側(cè)界面，如圖8，可見Cu的擴散層和Ti-Cu-Al的金屬間化合物組織；觀察靠近鋼側(cè)的組織，如圖9，可以清晰地看到TiC反應(yīng)相、Ag基固溶體組織以及Ag-Cu共晶組織，其中Ag基固溶體組織中還可以看到細小的富Cu的二次相析出。
權(quán)利要求
1.TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于它按照下述步驟進行(一)浸蝕抗腐蝕性強的TiAl合金母材一側(cè)TiAl合金/鋼釬焊接頭試樣按照TiAl合金一側(cè)在下、鋼在上的順序放置，將TiAl合金腐蝕液滴在釬縫下側(cè)2～3mm處，控制液滴從左到右流動，使腐蝕液在TiAl合金母材上停留10～20秒，用流動的清水沖洗TiAl試件10～15秒脫酸，再用無水酒精沖洗試件10～15秒脫水，烘干，TiAl合金一側(cè)腐蝕完成；(二)按常規(guī)金相腐蝕方法，使用鋼腐蝕劑浸蝕抗腐蝕性較弱的鋼母材一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于所述TiAl合金/鋼試樣是這樣制備的將試樣在200#、400#、800#、1200#碳化硅或金剛砂金相砂紙上逐級打磨，然后用1μm的金剛砂拋光劑進行拋光，直到試樣表面無明顯劃痕為止。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于TiAl合金/鋼試樣的釬縫兩側(cè)TiAl合金與鋼各寬4～6mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于TiAl合金腐蝕液由1.5～2.5ml氫氟酸、30～50ml硝酸和45～75ml水配制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于TiAl合金腐蝕液由1.5ml氫氟酸、30ml硝酸和45ml水配制而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于TiAl合金腐蝕液由2.5ml氫氟酸、50ml硝酸和75ml水配制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于鋼的腐蝕劑由3～5ml酒精和95～97ml水配制而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于鋼的腐蝕劑由3ml酒精和95ml水配制而成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，其特征在于鋼的腐蝕劑由5ml酒精和97ml水配制而成。
全文摘要
TiAl合金/鋼釬焊接頭界面金相組織的顯示方法，它涉及一種異種材料釬焊接頭的金相組織顯示方法。為了解決現(xiàn)有TiAl合金與鋼釬焊的腐蝕方法很難獲得邊界清晰的接頭組織，進而導致對接頭界面結(jié)構(gòu)分析失誤的問題，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的首先浸蝕抗腐蝕性強的一側(cè)母材TiAl合金，再浸蝕抗腐蝕性較弱的母材鋼，浸蝕抗腐蝕性強的母材TiAl合金時，控制強腐蝕性的腐蝕液在接頭界面的流動方向，使其不會對腐蝕性弱的母材鋼造成影響。本發(fā)明可以完整的顯示TiAl合金/鋼釬焊接頭界面組織，圖片清晰美觀，TiAl合金/釬縫、釬縫/鋼界面清晰可見。本發(fā)明的方法簡單易行，不需任何特殊設(shè)備。
文檔編號B23K31/12GK1737525SQ200510010309
公開日2006年2月22日 申請日期2005年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月7日
發(fā)明者馮吉才, 何鵬, 李玉龍, 閆久春 申請人:哈爾濱工業(yè)大學