基于汽车道路载荷谱的铝合金腐蚀疲劳机理及性能研究

基于汽车道路载荷谱的铝合金腐蚀疲劳机理及性能研究

一、研究背景与意义

连续碳化硅纤维增强碳化硅复合材料（SiC_f/SiC）因其低密度、高比强度、优异的高温稳定性、抗辐照性能、耐腐蚀性和良好的热传导性能，成为第四代核能系统、聚变堆以及先进航空发动机等服役环境下的理想结构材料。其在核领域的潜在应用包括燃料包壳管、控制棒导向管、中间热交换器和高温管道等关键部件。

然而，SiC_f/SiC复合材料在实际应用中面临一个关键技术难题：高可靠连接。由于SiC基体本身具有高硬度、高化学惰性和低热膨胀系数，传统焊接方法难以实现有效连接，而机械连接则存在密封性差、结构复杂、可靠性低等问题。因此，开发适用于SiC_f/SiC的高质量连接技术，是推动其在核能用途中工程化应用的前提。

二、研究目标与方法

本研究以AgCuTi活性钎料为连接介质，采用真空钎焊工艺，对CVI（化学气相浸渗）工艺制备的SiC_f/SiC复合材料进行连接实验。通过设定不同的钎焊温度（850°C、870°C、890°C），系统研究温度对接头微观组织演变、界面反应产物及力学性能的影响。

试验过程中，采用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等手段对接头界面组织结构进行表征，并通过热模拟试验机测试其剪切强度，以评估连接质量与失效机制。

三、主要研究结果

1. 连接可行性：AgCuTi钎料在SiC_f/SiC表面润湿性良好，能够实现稳定连接。焊前对SiC_f/SiC表面进行打磨处理，可有效增加钎料与母材的接触面积，显著提升接头的剪切强度。

2. 界面组织演化：

- 在850°C时，Ti元素主要富集于界面，形成初步的TiC与Ti₅Si₃反应层，但组织不够均匀，存在较多孔隙与缺陷；

- 温度升高至870°C，Ti元素扩散增强，Ti₅Si₃相开始弥散分布于焊缝中，界面结合更加紧密；

- 当温度达到890°C时，Ti与SiC反应充分，TiC成为反应层主导相，Ti₅Si₃相弥散分布，界面结构致密、连续，显著提高了接头的力学性能。

3. 力学性能变化：

- 接头剪切强度随钎焊温度升高呈上升趋势；

- 在890°C、保温10min条件下，接头平均剪切强度达到40 MPa，为三种温度中最高；

- 断裂路径由初期的界面断裂逐渐转变为母材内部断裂，表明接头强度已接近或超过SiC_f/SiC本身，连接质量优异。

四、结论与展望

本研究成功实现了SiC_f/SiC复合材料的活性钎焊连接，揭示了钎焊温度对接头微观组织与力学性能的调控机制。研究表明，适当的钎焊温度（如890°C）有助于形成理想的TiC+Ti₅Si₃复合反应层，提升界面结合强度，实现高强度连接。

该成果不仅为SiC_f/SiC复合材料在核反应堆等高温、辐照环境下的可靠连接提供了实验依据，也为后续开发新型钎料体系、多材料异种连接及结构完整性评估提供了理论支撑和技术路径。