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金属与玻璃之间的连接是各自性能应用的一种延伸,连接件具有高强、高效、环保、耐高温、耐低温和密封性强等特点。金属与玻璃的结构被广泛应用于现代建筑、医疗器材、真空器件和航空航天等领域。由于金属与玻璃的结合键不同,导致二者物理化学性能差异较大,界面之间润湿性较差,接头应力集中,接头强度较低,难以实现冶金结合。因此,本文采用激光焊技术和添加中间层的方法对可伐合金与钼组玻璃的连接问题进行了研究,深入分析了界面结合机理和断裂机制,对异种材料的连接起到一定的指导意义。 采用激光焊接可伐合金4J29与钼组玻璃DM308,研究了激光焊接工艺参数对4J29/DM308焊接接头宏观形貌、接头强度和界面微观组织的影响。结果表明,当激光功率大于800W或焊接速度小于2.5mm/s时,接头边缘存在较大裂纹,玻璃内部存在大量微裂纹,此时结合界面上存在大量气泡,界面无过渡层;激光焊接功率为P=700~800W,激光焊接速度V=4~5mm/s,离焦量为0mm时,接头强度最大值可以达到13.46MPa。 通过添加Mo-Mn-Ni和Ni2O3-MnO2-B2O3中间层,研究了中间层对4J29/DM308接头宏观形貌、界面微观结构、接头结合强度、界面断裂机制和界面结合机理。结果表明,Mo-Mn-Ni中间层可以减少接头边缘大裂纹,玻璃侧成型美观,Ni2O3-MnO2-B2O3中间层可以减少玻璃侧的微裂纹和气泡数目,降低开裂几率;含有Mo-Mn-Ni中间层的4J29/DM308接头剪切强度最大,为10.96MPa;含有Ni203-MnO2-B2O3中间层的4J29/DM308接头剪切强度最大,为13.46MPa;添加Mo-Mn-Ni和Ni2O3-MnO2-B2O3中间层后,界面过渡均匀,宽度约为20~40μm,但后者界面处存在枝晶生长;XRD物相分析结果表明,4J29/DM308接头界面过渡层为Fe和Si的复合氧化物FeSiO3和Fe7SiO10,该复合相为具有立方晶系的FeO·SiO2复合氧化物。EDS分析结果表明,4J29/DM308接头界面区域内各元素发生了相互扩散,因此,界面的连接主要依靠化学反应和界面扩散;接头承载能力最弱的部位为靠近玻璃侧,在剪切过程中断裂总是沿着气泡尖端开始,穿过气泡断裂。 在此基础上,采用扩散动力学研究了界面元素扩散行为,研究表明,元素的扩散深度受扩散系数、迁移率和保温时间的影响,而扩散系数和迁移率主要取决于扩散原子的激活能;在激光焊接过程中,激光功率、焊接速度和离焦量一定时,对焊缝的热输入保持一定,随着焊接保温时间增加,扩散层厚度也相应增加。