高溫釬焊技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

王志平，肖慧玥，孫宇博

(中國民航大學(xué)天津市民用航空器適航與維修重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300300)

1 引言

高溫合金具有優(yōu)異的高溫性能，廣泛應(yīng)用于核電、石油化工、運(yùn)輸、能源、航空航天等各種工程領(lǐng)域。鎳基高溫合金在航空發(fā)動機(jī)中主要用于燃燒室、高低壓渦輪葉片和渦輪盤等部件中，被稱作“先進(jìn)發(fā)動機(jī)基石”。在高溫高壓以及沖刷腐蝕的作用下，熱端部件易產(chǎn)生熱疲勞裂紋及熱燒蝕等損傷，為了延長使用時(shí)間需要對損傷部位進(jìn)行維修，特別是高低壓渦輪葉片的裂紋損傷僅能采用高溫釬焊的方式進(jìn)行維修，高溫釬焊現(xiàn)已發(fā)展成為高溫合金零部件制造和修復(fù)的重要連接技術(shù)，隨著航空航天技術(shù)的發(fā)展，為提高發(fā)動機(jī)的效率，熱端部件的工作溫度越來越高，對連接技術(shù)的要求變得更高，焊接技術(shù)也受到了更大的重視。

2 研究現(xiàn)狀

高溫釬焊連接溫度一般高于900 ℃，且所使用釬料的液相線與母材的液相線溫度相差較小，母材和釬料之間存在元素互擴(kuò)散并會影響母材的性能。因此釬料的種類和釬焊工藝對于高溫釬焊的接頭質(zhì)量有重要影響。

影響高溫釬焊的參數(shù)有很多，包括釬料成分、釬焊溫度、保溫時(shí)間及保護(hù)氣氛等都會對焊接接頭的組織性能產(chǎn)生影響；同時(shí)隨著計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展，基于第一性原理等計(jì)算原理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相結(jié)合來驗(yàn)證高溫釬料成分的合理性、優(yōu)化焊接工藝參數(shù)的研究方法也逐漸受到重視，本文將從釬料成分、焊接工藝以及材料計(jì)算模擬等方面對近年來高溫釬焊的發(fā)展進(jìn)行歸納梳理。

2.1 釬料成分及制備

釬焊時(shí)焊件是通過將釬料加熱至熔化溫度后利用液態(tài)釬料填充焊縫進(jìn)而固相連接的，在釬焊過程中釬料的性質(zhì)及其與母材之間的相互作用是影響焊接接頭處組織性能的重要因素。

釬料成分

高溫釬焊的焊件通常在高溫狀態(tài)下工作，要求焊接后的接頭具有良好的熱強(qiáng)性和熱穩(wěn)定性，因此釬料中常添加有Mn、Co、W等金屬元素，以此來改善釬焊接頭的性能。孫磊通過添加合金元素Cu來改進(jìn)BNi7鎳基釬料，相比于傳統(tǒng)的BNi7釬料，改進(jìn)的釬料隨著Cu元素的增加，不僅釬料的潤濕前沿有明顯的前驅(qū)膜存在，提高了釬料的潤濕性，還降低了釬料中P與Ni、Cr等金屬元素所形成得硬脆相的含量，有利于提升釬焊接頭的力學(xué)性能。

此外，高溫釬焊的釬料中常添加一些元素來降低其熔點(diǎn)，使釬料的液相線溫度低于母材的液相線溫度，目前常見的降熔元素多為非金屬元素Si、B等。降熔元素的添加能夠顯著降低釬料的熔點(diǎn)，但也會帶來相應(yīng)的問題，如Si原子尺寸較大，擴(kuò)散速度較慢，擴(kuò)散不充分時(shí)容易形成脆性相，當(dāng)Si在鎳基釬料中的含量較高時(shí)，就會使焊接接頭的韌性和塑性下降，從而導(dǎo)致焊接接頭的抗疲勞能力降低。葉雷等分別以Hf、Zr、Hf+Zr為降熔元素替代標(biāo)準(zhǔn)鎳基釬料中的Si和B設(shè)計(jì)了3種釬料，與Si、B相比，雖然Hf和Zr的原子尺寸更大，擴(kuò)散速度慢，但Hf和Zr與Ni形成的化合物具有一定的延性，且在短時(shí)間的釬焊過程中，熔蝕更小。3種釬料的性能參數(shù)如表1所示，研究結(jié)果表明Hf元素降低釬料硬度效果比Zr元素明顯，便于釬料的加工和制備成型，且Hf元素的添加使釬料對母材的潤濕鋪展能力要強(qiáng)于單獨(dú)添加Zr元素的釬料，而Zr元素的降熔效果要強(qiáng)于Hf元素的降熔效果，以Hf+Zr為降熔元素的釬料不僅兼具二者的優(yōu)點(diǎn)，焊接接頭性能也是三者中最接近母材性能的，最高可以達(dá)到90%以上。

表1 3種不同降熔元素的釬料的相關(guān)性能參數(shù)Table 1 Performance parameters of three kinds of solder with different melting-down elements

Britta Laux等則選擇使用Mn替代鎳基釬料中的B和Si，將釬料改進(jìn)為Ni-Mn系的釬料，相較于使用Hf或Zr元素做為降熔元素，由于Ni和Mn之間是完全互溶的，在這種情況下，完全避免了作為雜散晶粒形核位點(diǎn)的次生相的形成，改善了以B或Si為降熔元素的釬料對于寬間隙修復(fù)中填充速度慢、易形成硬脆相等缺點(diǎn)。同時(shí)當(dāng)B和Si被Mn取代時(shí)，由于外延凝固不是完全由擴(kuò)散控制，還可以通過冷卻控制，釬焊保溫時(shí)間也可以顯著縮短。

隨著材料科學(xué)的發(fā)展，氧化物彌散(oxide dispersion strengthened,ODS)高溫合金的應(yīng)用越來越廣，ODS高溫合金是通過機(jī)械合金化工藝將納米級的氧化物均勻分布在基體材料中，并在基體中起著彌散強(qiáng)化作用的合金材料，具有熔點(diǎn)高、比重低、線膨脹系數(shù)低、抗高溫氧化及腐蝕性能突出、高溫持久性能優(yōu)異等極好的高溫性能，常見Ni基ODS高溫合金化學(xué)成分如表2所示，目前已應(yīng)用于航空航天、能源等領(lǐng)域。ODS合金進(jìn)行連接時(shí)為了不破壞母材內(nèi)部的彌散氧化物的分布、減少氧化物微粒從母材中分離出來、最大限度的保護(hù)母材內(nèi)部的組織和結(jié)構(gòu)，連接過程中始終保持母材為固相狀態(tài)的釬焊成為了較優(yōu)的選擇?；窜婁h等對ODS合金MGH956的可焊性進(jìn)行了研究，氬弧焊、電子束焊和真空釬焊3種焊接方式獲得的焊接接頭的室溫力學(xué)性能相當(dāng)，但就MGH956合金焊接接頭來說，相較于氬弧焊和電子束焊，釬焊更加有助于焊接接頭高溫強(qiáng)度的提高。在淮軍鋒研究的基礎(chǔ)上，敖敬培設(shè)計(jì)并制備出5種不同Mn、Ni含量的新型Cu-Mn-Ni-Co釬料用于釬焊MGH956型號ODS合金。研究發(fā)現(xiàn)，隨釬料中Mn含量的增加釬焊接頭處的σ-MnCo硬脆相增多，降低了釬料的塑性，不利于釬料的加工形變。通過DSC分析和鋪展性試驗(yàn)可知，5種新型Cu-Mn-Ni-Co釬料當(dāng)中含有30 wt.% Mn、10 wt.% Ni的釬料不僅熔化區(qū)間較窄，而且對母材的鋪展和潤濕性能都更好，是5種釬料中的最佳配比。而隨著釬焊溫度和保溫時(shí)間的增加，釬縫中存在的微孔型缺陷逐漸增加，推測其產(chǎn)生原理為：釬焊過程中母材中析出的的YO顆粒和表面剝落的AlO顆粒共同進(jìn)入到了釬縫熔化狀態(tài)的釬料中，由于線膨脹系數(shù)的不同，在釬料凝固過程中產(chǎn)生了殘余應(yīng)力，進(jìn)而產(chǎn)生了微孔。

表2 Ni基ODS高溫合金的化學(xué)成分 (質(zhì)量分?jǐn)?shù)%)Table 2 Chemical composition of Ni-based ODS superalloy

釬料的制備

為了適應(yīng)各種釬焊的條件，以及生產(chǎn)加工需求，釬料常加工成帶狀、絲狀、鑄棒狀、非晶或普通箔狀、粉末狀、環(huán)形、糊狀等。在實(shí)際的釬焊過程中，合理選擇釬焊材料的幾何形狀，可簡化釬焊工藝，提高釬焊質(zhì)量。潘暉等對膏狀、帶狀和粘帶狀3種形態(tài)的BNi82CrSiB釬料的對焊接接頭組織性能的影響進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)：釬料的使用形態(tài)對于焊接接頭的組織無明顯影響，但會影響釬焊接頭的性能，其中使用粉末釬料因?yàn)殇佌垢奖悖辰Y(jié)劑相對更容易揮發(fā)所以釬焊接頭的強(qiáng)度是三者中最高的。

崔彤等研究新型鎳基釬料的組織與性能時(shí)采用快速凝固技術(shù)的熔體旋轉(zhuǎn)法制得了尺寸穩(wěn)定、厚度均勻、長達(dá)幾米至幾十米的連續(xù)薄帶的鎳基釬料，研究表明，該技術(shù)獲得的自制釬料相較于國外先進(jìn)釬料不僅鋪展性和潤濕程度更好，填縫性也更加優(yōu)良，填縫的長度也得到了提高。朱建勇對BNi2釬料粉末的氣霧化生產(chǎn)工藝進(jìn)行了研究，討論了不同氣霧化參數(shù)對于釬料粉末質(zhì)量的影響，并對釬料粉末的制備工藝提出了一定的建議。實(shí)驗(yàn)中通過惰性氣體作為霧化介質(zhì)生產(chǎn)的釬料粉末氧含量降低、鋪展性能和填縫性能都得到了提升，制備出的釬料已經(jīng)成功運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

Bridges Denzel等研究制備了新型鎳基納米釬料對718鎳鐵合金進(jìn)行焊接。與傳統(tǒng)釬料相比，納米釬料具有以下優(yōu)點(diǎn)，一是因?yàn)榧妓?湯普森效應(yīng)，納米材料表現(xiàn)出固有的熔點(diǎn)降低，粒子的熔點(diǎn)隨著粒子直徑的減小而減小，因此不需要添加硼和硅這樣的降熔元素，消除了硼和硅與金屬元素形成的硬脆相對釬焊接頭產(chǎn)生的負(fù)面影響。二是由于納米顆粒的比表面積增大，釬料的潤濕性能也有極大的提高。實(shí)驗(yàn)中分別制備了鎳的納米顆粒釬料、納米線釬料、納米顆粒和納米線的混合釬料3種形態(tài)的釬料進(jìn)行釬焊，與純納米顆粒釬料相比，純納米線釬料的焊接接頭的強(qiáng)度更低，而納米顆粒和納米線的混合釬料焊接得到的釬焊接頭是三者中性能最好的。三者焊接接頭性能的不同推測是納米線和納米顆粒釬料分別與母材形成的接觸角不同造成的擴(kuò)散差異導(dǎo)致的。同時(shí)還對二者的擴(kuò)散系數(shù)通過哈氏方程和Sauer-Friese分析方法分別進(jìn)行了計(jì)算，對于納米顆粒釬料，通過修正的哈氏方程計(jì)算得到的擴(kuò)散系數(shù)與Sauer-Friese分析方法計(jì)算得到的擴(kuò)散系數(shù)一致，但對于納米線釬料，Sauer-Friese分析方法計(jì)算的擴(kuò)散系數(shù)僅僅主要考慮了晶界擴(kuò)散的控制，而實(shí)際中納米線釬料的瞬態(tài)液相擴(kuò)散還與尺寸有關(guān)，實(shí)際擴(kuò)散系數(shù)明顯高于通過修正的哈氏方程計(jì)算得到的預(yù)測值，上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步解釋了使用納米線釬料會提高釬焊強(qiáng)度的原因。

2.2 焊接工藝參數(shù)

焊接工藝參數(shù)包含釬焊溫度、保溫時(shí)間等多個(gè)方面，是影響釬焊焊接接頭組織性能的重要因素。單從擴(kuò)散的角度，根據(jù)阿倫尼烏斯方程分析釬焊過程，釬焊過程中的元素?cái)U(kuò)散與釬焊溫度存在指數(shù)關(guān)系，釬焊溫度越高，擴(kuò)散系數(shù)越大，擴(kuò)散越容易進(jìn)行；而保溫時(shí)間對釬焊過程中合金材料的等溫凝固過程和焊接接頭的均勻化都具有重要的作用。

釬焊溫度

釬焊接頭元素的擴(kuò)散隨釬焊溫度的變化呈現(xiàn)不同的變化，各種化合物的比例也隨之改變。在選擇釬焊溫度時(shí)，主要考慮的是釬料的熔化性能和與母材的交互作用，因此焊接溫度應(yīng)適當(dāng)高于釬料的熔點(diǎn)，有利于釬料的熔化、鋪展、潤濕和填隙，但過高的釬焊溫度會使母材的性能發(fā)生變化，如引起低沸點(diǎn)成分的蒸發(fā)，母材的再結(jié)晶及晶粒粗大，釬料中的某些成分的快速擴(kuò)散導(dǎo)致接頭處母材出現(xiàn)熔蝕現(xiàn)象等。黃麟研究了鎳基高溫合金蜂窩結(jié)構(gòu)在不同釬焊溫度下的接頭力學(xué)性能的變化以及熔蝕的影響。在一定范圍內(nèi)，隨釬焊溫度的升高，焊接接頭的抗剪強(qiáng)度先增大后減小，主要原因就是隨著焊接溫度的升高，焊縫中心的化合物相和共晶相數(shù)量降低，焊接接頭組織結(jié)構(gòu)趨于均勻化，這使得抗剪強(qiáng)度的逐漸增大，但隨著溫度的升高，焊接接頭內(nèi)部晶界逐漸消失，有第二相長大的傾向，抗剪強(qiáng)度也隨之出現(xiàn)下降趨勢。А.Ivannikov等使用鎳基STEMET 1301A釬料對12Kh18N10T鋼進(jìn)行高溫釬焊，在實(shí)驗(yàn)前使用Thermo-Calc計(jì)算釬料在400～1 300 ℃中的相組成如圖1所示，通過結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和熱力學(xué)計(jì)算確定的釬料液相線溫度分析的結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)釬焊溫度較低時(shí)，擴(kuò)散不充分，易產(chǎn)生脆性相，而釬焊溫度超過1 100 ℃后，釬焊接頭的晶粒尺寸顯著增大，釬焊接頭強(qiáng)度下降，當(dāng)釬焊溫度和保溫時(shí)間分別為1 070～1 100 ℃和15～40 min時(shí)，更易獲得高溫下高強(qiáng)度的釬焊接頭。

圖1 在400～1 300 ℃范圍內(nèi)的Thermo-Calc相圖Fig.1 Thermo-calc phase diagram in the temperature range of 400～1 300 ℃

經(jīng)敬楠在使用BNi7釬料真空釬焊多種不同金屬母材的擴(kuò)散行為研究的過程中也涉及到了釬焊溫度對焊接接頭的影響，對比了930 ℃和980 ℃兩種釬焊溫度工藝下的接頭組織和性能，低溫時(shí)焊接接頭處易出現(xiàn)孔洞，推測是不同相的熔點(diǎn)不同，導(dǎo)致固液相共存并影響了釬料的潤濕性。另外釬焊接頭處的脆性相顯微硬度最高，較高的釬焊溫度能夠減少脆性相的生成，從而顯著降低接頭處的總體顯微硬度峰值，提高釬焊接頭的性能。

石昆結(jié)合菲克第二定律和液固界面遷移理論從熔融擴(kuò)散的角度分析了釬焊溫度對等溫凝固時(shí)間的影響，獲得了等溫凝固時(shí)間()與釬焊溫度()的關(guān)系式：

(1)

式中:為初始釬料層的半寬度，、分別為中間層和母材中溶質(zhì)的初始濃度，為固相向液相轉(zhuǎn)變的溶質(zhì)濃度，和分別為擴(kuò)散常數(shù)和氣體常數(shù)，為擴(kuò)散激活能。

由式(1)可以直觀的看到隨著釬焊溫度的升高，等溫凝固時(shí)間減少，釬料中各種元素更容易擴(kuò)散均勻、充分，減少共晶相、金屬間化合物的生成，增加固溶體的生成，提高了釬焊接頭處的綜合力學(xué)性能，從理論的方面解釋了釬焊接頭組織成分、相關(guān)性能與釬焊溫度之間的關(guān)系。給后續(xù)的研究提供了更加直觀的理解方式。

保溫時(shí)間

釬料中的降熔元素基于擴(kuò)散，形成化合或固溶體來去除降熔效應(yīng)，除釬焊溫度外需要結(jié)合適當(dāng)?shù)谋貢r(shí)間達(dá)到降熔元素的充分?jǐn)U散，以減小釬焊接頭中低熔點(diǎn)共晶相的形成，同時(shí)還可以使接頭元素均勻化分布，從而提升接頭的整體性能。

石昆等用BNi2釬料釬焊GH4169與GH738鎳基合金，研究保溫時(shí)間對焊接接頭組織性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著保溫時(shí)間的延長，釬焊接頭與母材之間元素的擴(kuò)散和溶解更加充分，金屬間化合物及晶間化合物相數(shù)量減少，固溶體相增多。當(dāng)保溫時(shí)間延長到45 min時(shí)，釬焊接頭中只有少量金屬間化合物相生成。Bin Sun等研究了保溫時(shí)間對鎳鉻合金高溫釬焊金剛石組織的影響。結(jié)果表明：金剛石表面存在兩層碳化物，即層狀碳化物CrC和柱狀碳化物CrC，CrC的生長方向與金剛石的晶面有一定的取向關(guān)系，隨著保溫時(shí)間的延長，硬質(zhì)合金表面CrC的形態(tài)由條狀向片狀轉(zhuǎn)變，硬質(zhì)合金CrC的形態(tài)由顆粒狀向柱狀轉(zhuǎn)變。釬焊后，金剛石與釬焊過程中釬料生成的2種碳化物之間的強(qiáng)化學(xué)冶金結(jié)合是產(chǎn)生高強(qiáng)度釬焊接頭的主要原因。

保溫時(shí)間的增長能夠使得釬料中的元素?cái)U(kuò)散和溶解更加充分，能使化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)均勻化，有利于提高接頭性能，但并非保溫時(shí)間越長越好。劉師田等在研究保溫時(shí)間和釬焊溫度對304不銹鋼接頭性能的影響時(shí)指出：1 000 ℃焊接溫度下隨著保溫時(shí)間的增長，焊接接頭的剪切強(qiáng)度在逐漸增強(qiáng)，在保溫時(shí)間為40 min時(shí)達(dá)到最高，之后再延長保溫時(shí)間發(fā)現(xiàn)接頭剪切強(qiáng)度呈下降趨勢，這是因?yàn)楫?dāng)保溫時(shí)間少于40 min時(shí)，元素?cái)U(kuò)散作用不夠充分，沒有生成均勻的固溶組織，而保溫時(shí)間的延長，元素?cái)U(kuò)散更充分，使接頭的剪切強(qiáng)度隨之增高。當(dāng)保溫時(shí)間達(dá)到40 min時(shí)，母材與釬料之間的元素互擴(kuò)散達(dá)到峰值，Ni元素與Fe元素完全互溶，形成了大量的固溶體，NiP脆性相幾乎被完全消除，此時(shí)的剪切強(qiáng)度達(dá)到了最高值。而進(jìn)一步延長保溫時(shí)間，由于擴(kuò)散和等溫凝固的持續(xù)進(jìn)行，Ni、P元素持續(xù)保持在能量較高的活躍狀態(tài)，Ni3P脆性相再度生成，導(dǎo)致了接頭剪切強(qiáng)度的再次降低。

2.3 材料計(jì)算

隨著計(jì)算材料學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用，將數(shù)值模擬與試驗(yàn)相結(jié)合成為常用的研究方法，極大地減少了試驗(yàn)周期和實(shí)驗(yàn)量，并且能夠更加直觀的解釋形成不同性能焊接接頭的原因。前文提到的Bridges Denzel、石昆等人的研究中結(jié)合了相應(yīng)的計(jì)算來解釋說明釬焊過程中的釬料形態(tài)、釬焊溫度等因素對焊接接頭阻止性能產(chǎn)生的影響。Yang等則根據(jù)EDS結(jié)果，利用Boltzmann函數(shù)描述了元素的濃度分布，然后提出了一種基于Boltzmann-Matano模型的計(jì)算方法，計(jì)算結(jié)果表明：非等溫凝固區(qū)、等溫凝固區(qū)和擴(kuò)散影響區(qū)分別由共晶化合物、γ-Ni固溶體和硼化物析出相組成。此外釬焊溫度對Si、Fe、Ni元素的擴(kuò)散行為有很大影響，利用這種計(jì)算方法中提出的模型可以準(zhǔn)確計(jì)算釬焊接頭不同位置的擴(kuò)散系數(shù)值。

近年來，學(xué)者們利用CALPHAD方法建立了鋼、鎳基超合金、Al/Mg/Ti基合金、耐火材料和渣系的熱力學(xué)和動力學(xué)數(shù)據(jù)庫。可以通過諸如Thermo-Calc或DICTRA等商業(yè)軟件使用這些數(shù)據(jù)庫來預(yù)測各種熱動力學(xué)性能、穩(wěn)定/亞穩(wěn)相平衡、相變和多組分?jǐn)U散，可縮短釬料設(shè)計(jì)研發(fā)周期并提高對現(xiàn)有釬料性能的理解。這種建模方法也被用于描述金屬和合金連接過程中的組織演變，包括鎳基高溫合金的高溫釬焊。Riggs等利用Thermo-Calc和DICTRA軟件進(jìn)行熱力學(xué)和動力學(xué)模擬，預(yù)測BNi-2和BNi-9兩種常用釬料釬焊高強(qiáng)度鎳基單晶高溫合金CMSX-4時(shí)的微觀組織演變。采用DICTRA擴(kuò)散模型計(jì)算了Ni-B二元體系的基體溶解、中心線共晶成分的數(shù)量以及在不同接頭間隙處完全等溫凝固所需的時(shí)間，并將計(jì)算數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制了曲線如圖2。在進(jìn)行Thermo-Calc模擬時(shí)利用CALPHAD方法，根據(jù)2種釬料的化學(xué)成分預(yù)測了接頭的轉(zhuǎn)變溫度和平衡相，并通過實(shí)驗(yàn)獲得的接頭微觀組織與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。Thermo-Calc和DICTRA模擬與經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的良好相關(guān)性，也進(jìn)一步證明CALPHAD方法在釬焊模擬中的可靠性。

圖2 DICTRA模型預(yù)測的不同間隙下完全等溫凝固所需的時(shí)間數(shù)據(jù)與Schnell和Nishimoto的計(jì)算數(shù)據(jù)曲線Fig.2 The data on the time required for complete isothermal solidification predicted by the DICTRA model at different clearances are compared with the calculated data curves from Schnell and Nishimoto

第一性原理也常被用來分析釬焊中不同元素之間的相互結(jié)合的各種性質(zhì)。Hargather等采用第一性原理理論和局域密度近似法計(jì)算了包括Al、Co、Cr、Cu等26個(gè)過渡金屬溶質(zhì)元素在鎳基體中擴(kuò)散系數(shù)及其對蠕變速率的影響，通過分析發(fā)現(xiàn)一般來說位于元素周期表越左側(cè)的元素?cái)U(kuò)散速度越快，而該研究中卻發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散系數(shù)和蠕變阻力取決于溶質(zhì)原子與Ni原子之間的鍵合作用，特別是，該研究表明，稀溶質(zhì)元素的擴(kuò)散系數(shù)與每個(gè)溶質(zhì)元素在各自的NiX超胞中的壓縮性相關(guān)，而與溶質(zhì)元素的離子半徑關(guān)系不大。為研究鎳基釬料的配比問題提供了新的思路。

3 結(jié)論

1) 新型釬料的制備、釬料成分的改進(jìn)對高溫釬焊的發(fā)展有重要影響。釬料的改進(jìn)除了在成分上添加合金元素提高釬焊接頭性能外，最重要的就是對降熔元素形成的硬脆相性能的改善：一是開發(fā)金屬系降熔元素，如Hf、Zr等，其形成產(chǎn)物具有更好的韌性，可以降低釬焊接頭的應(yīng)力集中，但不足之處是擴(kuò)散能力較差；二是通過物理效應(yīng)降熔，如納米顆粒釬料，通過吉布斯-湯普森效應(yīng)降低釬料熔點(diǎn)，可避免降熔元素引入生成的低熔點(diǎn)共晶相。與傳統(tǒng)釬料相比，新型納米釬料不需要添加降熔元素，且潤濕性好，擴(kuò)散能力強(qiáng)，還可以提升高溫釬焊效率和焊接接頭性能；

2) 釬焊工藝參數(shù)依然是控制焊接接頭性能的重要手段。但釬焊溫度與保溫時(shí)間并非越高越有利，特別是考慮母材中活性元素被激活產(chǎn)生互擴(kuò)散對等溫凝固的影響，需要相互匹配選擇合理釬焊工藝參數(shù)才能獲得最好的釬焊接頭性能，現(xiàn)階段釬焊工藝研究不再僅僅局限于累積實(shí)驗(yàn)，逐漸與模擬計(jì)算材料科學(xué)相結(jié)合，尤其在釬焊溫度的相關(guān)研究中結(jié)合了Thermo-Calc軟件計(jì)算的釬料相圖之后，可以明顯減少實(shí)驗(yàn)量，而且結(jié)合擴(kuò)散相關(guān)理論對掌握釬焊接頭的成分分布有指導(dǎo)意義；此外，改進(jìn)釬焊方法對提高釬焊接頭高溫強(qiáng)度、耐腐蝕性仍具有重要意義；

3) 模擬計(jì)算材料科學(xué)對釬焊工藝參數(shù)和釬料成分優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。從基礎(chǔ)理論Boltzmann函數(shù)、菲克定理，發(fā)展至CALPHAD方法以及第一性原理計(jì)算，學(xué)者們利用模擬計(jì)算材料科學(xué)不僅可以計(jì)算釬料主要元素在釬焊過程中的擴(kuò)散系數(shù)、推演組織變化，還能預(yù)測釬焊接頭產(chǎn)物性能，極大地縮減了實(shí)驗(yàn)周期和實(shí)驗(yàn)量，為高溫釬焊實(shí)際應(yīng)用提供理論支持。就模擬計(jì)算材料科學(xué)在釬焊中的應(yīng)用來說，還需進(jìn)一步研究多元合金結(jié)構(gòu)中元素?cái)U(kuò)散機(jī)制與試驗(yàn)結(jié)果的差異，完善多元釬料體系中的結(jié)構(gòu)表征與優(yōu)化、動態(tài)結(jié)構(gòu)演變下擴(kuò)散行為的建模與模擬計(jì)算，促進(jìn)高溫釬焊技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。