紅外線硬銲接合Ti50Ni50形狀記憶合金與316L不鏽鋼/Incoloy800合金之研究

Abstract

本研究分別使用BAg-8、Cusil-ABA及Ticusil三種銀基填料與Au-20Cu及Au-22Ni-8Pd兩種金基填料，紅外線硬銲異質接合Ti50Ni50與兩種不同基材，分別是316L不鏽鋼與Incoloy 800超合金。探討在不同的參數下填料對基材之潤濕行為、顯微組織演化、銲點剪應力強度及破壞模式等。BAg-8與Cusil-ABA填料與此兩種基材的潤濕性不佳，此因基材表面的氧化鉻，而Ticusil與AuPdNi兩填料因其中分別添加Ti及Au元素，有活性硬銲的效果，對基材的潤濕性良好。Cusil-ABA與Ticusil分別在316L側產生TiCu、Fe2Ti與Cu3Ti2、Cu2Ti及TiFe介金屬層。以BAg-8填料硬銲接合316L時，在Ti50Ni50側為Ni3Ti與Fe2Ti介金屬層組成，在316L側為Cr-Fe-Ti三元介金屬，在850 oC、5分鐘時平均剪應力值為55MPa。以Cusil-ABA及Ticusil填料硬銲接合時，銲道分別由CuNiTi、Ti2Cu、(Fe,Ni)Ti及Fe2Ti相與Cu2Ti 、Cu3Ti2、Cu4Ti3、Ti-Fe-Cu、FeTi所組成。使用Cusil-ABA填料接合316L時，剪力強度約為60MPa，而Ticusil填料在950 oC、1分鐘時平均剪力值可達237MPa，當硬銲時間提高時Fe-Ti介金屬層成長，強度也會迅速下降。Cusil-ABA及Ticusil填料兩者破壞皆從Fe-Ti介金屬層開始，以脆性破壞為主。使用金基填料接合時在316L側皆產生(Ti,Ni)-rich與Au-rich相的共晶組織。在Ti50Ni50側，Au-20Cu與AuPdNi填料分別產生TiNi3、Ti-Ni-Au-Cu與TiNi3、TiAu(Ni)的層狀組織，且在其外側皆生成Ti-Ni-Au三元化合物。使用Au-20Cu填料時剪力強度約為60MPa，而AuPdNi填料在1050 oC、5分鐘時強度可達209MPa。以Cusil-ABA及Ticusil填料硬銲接合Incoloy 800的反應層與接合316L時類似，主要為CuNiTi、一系列Ti-Cu相及Ti-Ni-Cu-Fe四元化合物所組成。以AuPdNi填料接合時主要生成相與接合316L時相同，其中Ti-Ni-Au三元化合物的Ni含量較高。Cusil-ABA、Ticusil與AuPdNi接合Incoloy 800的最大剪力強度分別為120MPa、222MPa及236MPa。