圖 1 接頭拉伸結(jié)果：(a) 試樣工程應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn) (b) 試樣的極限抗拉強(qiáng)度(c) 本研究與已報(bào)道文獻(xiàn)結(jié)果的拉伸強(qiáng)度對(duì)比

異質(zhì)材料的高質(zhì)量連接是航空航天、新能源汽車(chē)、電子封裝等高端制造領(lǐng)域的核心關(guān)鍵工藝難點(diǎn)。近日，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高端光電裝備部楊上陸研究員團(tuán)隊(duì)在鈦合金與鎳基高溫合金的異種合金激光焊接領(lǐng)域取得重要突破。針對(duì)傳統(tǒng)Ti/Ni異種接頭中脆性金屬間化合物易形成、界面組織復(fù)雜以及接頭強(qiáng)度受限等問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)提出了一種基于超細(xì)激光光斑能量調(diào)控的新型激光焊接方法，實(shí)現(xiàn)了界面微結(jié)構(gòu)重構(gòu)，顯著提升了Ti-6Al-4V/Inconel 718異種接頭的力學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“Interfacial Microstructure Reconfiguration for High-Strength Ti-6Al-4V/Inconel 718 Dissimilar Joints via Ultra-Fine Laser Beam Welding”為題，發(fā)表于Journal of Materials Processing Technology。

Ti-6Al-4V鈦合金具有高比強(qiáng)度和優(yōu)異耐腐蝕性，Inconel 718鎳基高溫合金則兼具優(yōu)異的高溫強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性，兩者均在航空航天、海洋工程、能源動(dòng)力等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用前景。將兩者實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量連接，可在同一構(gòu)件中同時(shí)兼顧輕量化與高溫服役能力，在航空航天等高端裝備中具有重要應(yīng)用價(jià)值。然而，由于鈦合金與鎳基合金之間冶金相容性較差，直接連接過(guò)程中容易生成大量脆性金屬間化合物，導(dǎo)致接頭韌性不足、承載能力受限?，F(xiàn)有激光焊接方法雖可在一定程度上改善界面反應(yīng)，但仍普遍存在界面組織不均勻、脆性相難以有效抑制以及接頭強(qiáng)度有限等問(wèn)題。

針對(duì)上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)采用單模超細(xì)激光光束結(jié)合單層Cu中間層進(jìn)行焊接，并通過(guò)調(diào)控?zé)彷斎敕绞綄?shí)現(xiàn)了界面組織優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)光斑能夠有效提高冷卻速率、減小母材熔化范圍，并抑制Ni、Fe和Cr等元素向Ti/Cu界面的擴(kuò)散，從而促進(jìn)Ti側(cè)過(guò)渡層由非均勻雙層脆性結(jié)構(gòu)向Ti–Cu梯度結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。該梯度結(jié)構(gòu)的成分和硬度分布更加連續(xù)，有利于緩解界面性能突變并提高接頭承載能力。

圖 2 母材熔化量、Ti/焊縫界面元素?cái)U(kuò)散及過(guò)渡層內(nèi)微觀(guān)組織演化示意圖

進(jìn)一步研究表明，優(yōu)化后的界面組織能夠有效改變裂紋擴(kuò)展路徑，提升接頭的斷裂抗力和綜合力學(xué)性能。力學(xué)測(cè)試結(jié)果顯示，采用超細(xì)光斑焊接后，接頭抗拉強(qiáng)度由常規(guī)工藝下的260 MPa顯著提升至538.8 MPa，明顯優(yōu)于已報(bào)道的傳統(tǒng)Ti/Ni異種激光接頭性能。

該研究為T(mén)i-6Al-4V/Inconel 718等異種材料的高可靠激光連接提供了新的技術(shù)路徑。中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所楊上陸研究員為論文通訊作者，博士生殷琪安為論文第一作者。相關(guān)工作得到了上海市自然科學(xué)基金的支持。

審核編輯 黃宇