术主教之友
铝/ 钛异种金属焊接技术
异种材料复合构件能够最大限度利用材料各自的优点，起到“物尽其用”的效果，获得更好的经济效益和社会效益[1]。铝/钛异种金属复合结构同时兼有铝合金密度低、经济性好和钛合金强度高、耐腐蚀性好等优点，能够减轻结构重量、节约能源，在航空航天、武器装备、交通运输等领域拥有广阔的应用前景，飞机机舱散热片、机翼蜂窝夹层、座位导轨和高速列车车厢等结构均可采用铝/钛复合结构[2]。特别是近年来，随着航空发动机和飞机结构设计对“减轻重量、提高推重比、增加有效载荷”的要求越来越高，将铝合金与钛合金焊接形成复合结构的需求越来越迫切。
但是，由于铝、钛都是活性金属、极易氧化，且两者之间的物理、机械性能存在较大差别，如两者的熔点相差约800℃，两者的晶格类型、晶格参数等结晶化学性能差异很大，铝的热导率和线膨胀系数分别是钛的16倍和3倍。因此铝/钛异种金属的焊接性很差，接头的强度不能满足要求，铝/ 钛异种金属的焊接既是热点也是难点，目前还没有一种成熟的工艺可以用于实际生产[3]。 铝/ 钛异种金属焊接技术现状
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目前，国内外主要对铝/钛异种金属的钎焊、扩散焊、熔- 钎焊、爆炸焊等连接方法进行了探索。康慧等[4] 以Al-11.5Si合金为基, 通过添加不同含量的Sn和Ga元素配置成9种钎料对LF21铝合金和TC4钛合金进行了真空钎焊，结果表明：在结合界面上生成层状脆而硬的脆性相是铝/钛钎焊时所存在的主要问题；在钎料中加入Sn和Ga元素可有效抑制脆性相的形成、改善接头性能； 当Sn和Ga元素含量分别为10% 和0.2% 时接头的剪切强度达到67MPa。曲文卿等[5] 采用高频感应钎焊进行了钛合金管与铝合金管的连接，由于加热时间短、脆性相来不及产生，因而获得了力学性能和密封性能较好的接头。吕世雄等[6] 采用交流钨极氩弧焊电弧微熔钎焊方法也实现了TC4钛合金/LF6铝合金的连接。
采用扩散焊方法能够在一定程度上克服铝/钛焊接时熔点相差较大的问题，因此国内外学者进行了较多的研究。Yao等[7] 研究了铝/钛扩散焊接头形成机理和焊接工艺对LF6 铝合金/TA2 纯钛异种材料扩散焊接头强度的影响规律，接头最高剪切强度为83MPa。Sohn 等[8] 采用Al-10Si-1Mg 箔片作为中间层，对纯钛和纯铝进行了液相扩散连接，其界面结构和元素分布如图1 所示，研究结果发现接头中存在Ti7Al5Si12 连续金属间化合物反应层和不连续的
Al12Si3Ti5 金属间化合物，并认为Si元素可抑制界面反应、减少金属间化合物，接头剪切强度最高为80MPa。
氟盐Lee等采用Al-10Si-Mg箔片作为夹层在580~640℃范围内对铝/钛异种金属进行液相扩散连接时发现：接近钛合金一侧的界面反应层为Ti7Al5Si12，接近铝合金一侧为Ti9（AlSi）23，随着温度的升高Ti7Al5Si12的厚度减小。Ren 等[通过对钛合金表面渗铝的方法实现了铝/钛的扩散连接，接头强度可达
180MPa，图2（a）和（b）分别为扫描电镜下观察到的Ti/Al 扩散焊接头界面附近的显微组织，可见Ti/Al 扩散焊接头区由钛侧过渡区、渗铝层、铝侧过渡区组成，钛侧过渡区在扩散焊后形成了一层白亮合金层（厚度约3~10μm），经判定被认为是TiAl3 和TiAl金属间化合物。辛沪光
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由于铝/钛异种金属焊接的难度较大，研究者尝试了“熔- 钎焊”这种新技术。Nesterow 等[11] 进行了铝合金管与钛合金管对接的电弧熔- 钎焊技术研究，解决了热裂纹缺陷的问题。德国不莱梅应用射线研究所采用激光熔- 钎焊技术使搭接接头下方的铝合金熔化后与钛合金形成钎焊接头，实现了0.8mm厚Ti-6Al-4V 与1mm 厚AlMg0.4Si1.2 铝合金的搭接连接[12]。哈尔滨工业大学陈彦宾课题组选用Al-12Si焊丝作为填充材料对铝/钛异种金属的激光熔- 钎焊进行了深入研究，实现了厚度为1.5mm Ti-6Al-4V 钛合金和5056 铝合金板材
的连接，获得了焊接成形良好的接头（如图3所示），其抗拉强度可达铝合金母材的80%。
北京工业大学的肖荣诗等对铝/钛激光深熔钎焊工艺及接头力学性能进行了研究，可以实现铝/ 钛异种
合金的焊接，但在焊接过程中热输入量的控制较难，易造成焊缝上、下部分的中间钛合金层熔化，与液态的铝合金发生剧烈反应，生成金属间化合物，对接头的力学性能造成一定的负面影响。
公案小说日本大阪大学Fuji 等对铝/ 钛的惯性摩擦焊率先开展了深入研究，认为脆性相的厚度决定了接头的力学性能，脆性相的最大临界厚度为5μm。西北工
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