碳纤维增强铝基复合材料与TC4合金超声电烙铁连接研究

本文以碳纤维增强铝基复合材料（Cf/Al）与TC4钛合金为研究对象，采用锌铝钎料开展超声电烙铁连接试验，旨在解决两种异质材料连接难度大、接头性能薄弱的技术难题。为有效降低电烙铁作业温度，规避高温焊接过程中材料基体过热损伤、界面脆性相过度生长等问题，试验前期对TC4合金表面进行了超声辅助纯铝热浸预处理工艺，为后续高质量电烙铁连接奠定基础。

试验结果表明，在超声处理10秒、保温30分钟的工艺参数下，TC4合金表面可生成一层厚度

在后续超声电烙铁过程中，Cf/Al复合材料的铝基体与TC4合金表面的TiAl₃颗粒增强改性层会发生适度溶解，使基体内部的碳纤维与改性层中的TiAl₃颗粒充分暴露，摆脱基体材料的包裹约束。在超声振动的声学效应与钎料挤压的双重作用下，游离的碳纤维与TiAl₃颗粒发生定向迁移，均匀弥散分布于电烙铁接头内部，实现接头的双向协同强化。

经多组工艺参数优化试验验证，当超声功率设定为1000W、超声作用时间为12秒时，可获得成型完整、无气孔裂纹、结合致密的优质电烙铁接头。该接头依托碳纤维的纤维增韧效应与TiAl₃颗粒的弥散强化效应，实现了力学性能的大幅提升，其剪切强度可达30.2MPa，性能水平与Cf/Al复合材料母材基本持平。

本次研究通过表面预处理与超声电烙铁工艺的协同配合，成功实现了Cf/Al复合材料与TC4钛合金的高效优质连接，探明了增强相迁移强化的作用机制。该工艺有效降低了异质材料连接的作业温度，保障了母材与接头的综合性能，为铝基复合材料与钛合金的异质连接工业化应用提供了可靠的工艺参考与理论支撑。

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