SPS溫度對銅/鎳粉/304不銹鋼接頭組織與剪切強度的影響*

湯 遷， 武世文， 趙煒康， 夏莉紅， 張福勤

（中南大學輕質高強結構材料重點實驗室，長沙 410083）

銅/不銹鋼接頭不僅具備銅的高導電導熱性能以及不銹鋼的高強度和耐腐蝕性能，還大大減少了銅的使用量，在航空航天、電子行業、核工業、汽車行業、軍工行業等領域都有廣泛的應用[1]。但是銅和不銹鋼的熔點和導熱系數差異過大，用傳統的熔焊工藝在焊后容易產生熱裂紋，給銅和不銹鋼的連接帶來極大的困難[2]。擴散焊是一種在低于母材熔點以下實現異種材料焊接的固相焊接工藝，由于可焊接物理性質相差極大的異種材料，被廣泛用于銅和不銹鋼的焊接。Yilmaz等[3]用氬氣保護氣氛爐焊接純銅和304不銹鋼，發現界面處生成的中間相對接頭強度沒有影響，但界面上孔洞缺陷的產生會降低接頭的剪切強度。Yuan等[4]利用改進的脈沖加壓擴散焊實現銅和鋼的焊接，發現添加鎳中間層可以有效減少界面缺陷數量，提高接頭的力學性能。但焊后的熱處理工藝不僅讓晶粒粗化，也讓工藝變得繁瑣。Singh等[5]焊接CuCrZr合金和316L不銹鋼，在焊接溫度為900℃下，獲得最高的接頭強度128.16 MPa。當焊接溫度升高至1000℃時，接頭的強度反而下降至86.66 MPa。

放電等離子燒結工藝（Spark Plasma Sintering, SPS）是近年出現的可以實現粉末材料快速燒結的新型工藝[6-7]。與傳統燒結方法相比，放電等離子燒結具有燒結時間短、升溫速率快、工藝可靠、低功耗、性能高等優點[8-9]。基于上述優點，有些研究者利用SPS實現了諸如鈦-鋼[10]、鈦 - 鎂[11]、鎢 - 鐵[12]等體系之間的焊接，不僅將焊接時間縮短了50%～80%以上，還制備出了性能優越的焊接接頭。……