香港城市大学工业设计
导读
采用“Bni2/HEA/Bni2” 夹层结构与PM高温合金FGH98结合，设计了多层复合键合（MICB）方法，消除了脆性界面断裂，MICB接头的剪切强度达到了令人惊讶的1 132 MPa。同时，HEA箔的加入降低了MICB接头的SFE，促进了DTs的形成，从而获得了超高的接头强度和延展性。该发现将为未来制造具有特殊性能的涡轮盘提供有价值的见解。
粉末冶金（PM）镍基高温合金因其出色的强度、韧性、高相稳定性以及在高温下抗蠕变和抗氧化性而备受航空发动机涡轮盘制造的青睐。其优异的力学性能源于无凝固偏析和富含高密度γ'纳米颗粒的细晶组织。为了保证在高温下长时间的高效运行，复杂的内腔结构等有效的散热策略势在必行，并被广泛采用。制造具有精密和复杂内腔结构的高温合金高性能涡轮盘时，带中间层的扩散键合（DB）是一种极具发展前景的技术。在传统的无夹层DB工艺中，研究主要集中在优化接头微观结构，通过控制键合参数实现最优性能。开发新型夹层材料具有挑战性，但对于提高粘合质量和接头性能至关重要，因此带中间层的DB工艺受到重视。
研究表明，在中间层中添加元素可以激活并促进原子向基底金属（BMs）的快速扩散，从而在更低的温度或更短的持续时间下实现良好的连接。接缝性能在很大程度上取决于夹层的组成和结构。而目前的研究更多地侧重于阐明节理微观结构的形成和生长动力学，忽视了塑性变形过程中力学响应的研究。
高熵合金（HEA）是一种因其优异的力学性能而广受欢迎的金属材料，被引入作为连接PM镍基高温合金FGH98的中间层。基于此，香港城市大学联合西北工业大学的研究团队采用“Bni2/HEA/Bni2”夹层结构设计了一种多层间复合键合（MICB）方法，对接头微观结构和剪切性能进行了全面研究，并与使用单一HEA箔的扩散连接进行了比较。研究成果以题为“Ultrastrong and ductile superalloy joints bonded with a novel composite interlayer modified by high entropy alloy”发表于期刊《Journal of Materials Science & Technology》。
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在TLPB和MICB接头中引入液态BNi2夹层，消除了初始结合界面，取而代之的是新生晶界，阻止了接头发生脆性界面断裂。在TLPB和MICB接头中，来自BMs的Al、Ti和Ta的扩散导致基体中析出大量有序的L12- γ'纳米颗粒。此外，B原子从BNi2中间层向BMs的迁移导致M3B2硼化物的形成并产生DAZs。
在变形过程中，加工硬化和软化机制相互竞争。HEA箔的加入降低了接头的层错能（SFE），有利于变形孪晶（DTs）的形成。因此，在变形过程中，γ′的析出和层错（SFs）、LomerCottrell （L-C）锁相、DTs和9R相的多重变形亚结构增强了加工硬化能力和MICB接头强度。DTs的增殖和相互作用可诱发DRX的软化机制，并在塑性失稳发生时占主导地位，形成大量由γ/γ'纳米带组成的绝热剪切带（ASBs），接头的延性显著提高。
MICB接头的最优剪切强度为1 132.4 MPa，比SSDB和TLPB接头分别提高了约130%和45%。此外，MICB接头的延展性也得到了改善，在接头断裂处出现了大量的韧窝和大量的ASBs。这是由于HEA箔的加入降低了该接头的SFE，促进了DTs的形成。
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编译：彭瑾
编辑/排版：江姗
校对：刘晨辉
审核：张正贺
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