题目：激光表面改性异种高温材料固态连接特性及规律

本文通过激光表面熔凝、熔覆技术与超塑扩散连接技术相结合，构造了新型的异种高温材料连接技术。所构造的技术，通过对拟连接表面进行激光熔凝和熔覆处理，形成具有相同或相近的组织和性能特征的激光改性合金层，将异种材料的固态连接转变为同种或近似合金之间的连接，解决了异种合金连接中因合金性能不同，特别是高温性能差异所造成的较高的固态连接温度与稳定连接母材组织及性能之间构成的矛盾；并通过优化设计拟连接材料的表层成分和表层性能，以及利用激光表面处理所形成的改性层具有细晶超塑性的特点，为异种材料连接提供更多可供选择的拟连接改性层，解决了超塑扩散连接中细晶组织的超塑能力与高温结构材料所需的高抗蠕变能力所构成的矛盾，优化固态连接接头的界面结构，改善异种高温结构材料固态连接的接头性能。在此技术设想的基础上，本文较系统地研究了TiAl合金、Ni基（变形、铸造）高温合金、Ti合金激光表面改性组织在异种高温材料固态连接中的连接特性和连接规律，分析了拟连接表面组织特征、连接工艺参数等因素对激光表面改性异种高温材料固态连接的影响规律。在TiAl合金/Ni基变形高温合金（GH3044合金）连接方面，分别对TiAl合金进行激光表面熔凝处理，对GH3044 Ni基变形合金进行激光表面熔覆TiAl合金涂层处理，在其表面获得了适用于TiAl/GH3044合金进行固态扩散连接的激光表面改性TiAl合金层。激光熔覆TiAl合金涂层与TiAl合金熔凝层组织相似，由以α2相为主的细小枝晶组成。 TiAl合金涂层与GH3044合金之间的过渡区则主要由Ni3(Al, Ti)、Ti3Al和Ti相组成，并形成了良好的成分过渡。通过激光表面改性处理将TiAl/GH3044合金固态连接转变为TiAl合金激光改性层之间的连接，一方面在不影响连接母材整体性能的条件下，避免了连接界面脆性反应层的形成，改善了TiAl/GH3044合金之间的焊接性；另一方面，利用激光改性形成的细晶组织具有超塑性的特点在较低温度条件下实现了良好连接。对TiAl合金熔凝层（激光熔覆TiAl合金涂层）组织的动态高温金相分析表明，其组织在高温条件下将发生由α2相构成的细小枝晶组织向由γ相构成的细小等轴晶组织的转变，转变优先发生在晶界处，然后扩展到枝晶内部，该组织转变可能有益于固态连接的进行。在TiAl合金/Ni基铸造高温合金（K418合金）连接方面，鉴于镍基铸造合金的热裂纹敏感性，在其表面不易获得无缺陷的TiAl合金熔覆涂层，因而未直接采用拟连接偶合金成分，而是通过设计合金熔覆涂层（Ni-Cr-Ti-Al涂层）成分减缓镍基铸造高温合金激光表面熔覆处理时的热裂纹敏感性。结果表明，Ni-Cr-Ti-Al熔覆涂层缓和了TiAl /K418合金拟连接母材之间的成分和性能差异，避免了连接界面区域的裂纹的产生；在相同连接条件下，TiAl/(Ni56Cr7Ti15Al22)K418固态连接接头的剪切强度较平衡态TiAl / K418合金直接连接件的剪切强度提高了一倍以上，实现了TiAl合金与K418合金在低温、短时条件下的固态连接。在TiAl合金/高温Ti合金连接方面，分别对Ti合金进行熔凝处理，对TiAl合金进行激光表面熔覆Ti合金涂层处理，在其表面获得了适用于TiAl/Ti合金进行固态连接的激光表面改性Ti合金层，将TiAl合金/Ti合金异种合金的固态连接转变为激光表面改性Ti合金层之间的连接。但激光表面改性处理对Ti合金晶粒的细化作用有限，只能细化晶粒内部的（α + β）相尺寸，因而在相同连接条件下激光表面改性TiAl/Ti合金固态连接件的连接强度较平衡态TiAl/Ti合金直接固态连接件无明显提高。