摘要： 扩散连接技术是一种缺陷少、精密度高的固相连接技术.扩散连接技术在钛合金加工中的应用一定程度上解决了钛合金加工难的问题.在简要介绍扩散连接技术及钛合金加工现状的基础上，综述了扩散连接技术在钛合金加工中的应用及研究进展，包括钛合金与不锈钢的扩散连接、钛合金与陶瓷材料的扩散连接、TC4（Ti6Al4V）钛合金的扩散连接与超塑成型/扩散连接（SPF/DB）以及TA15钛合金的扩散连接.归纳总结了国内外学者的研究成果，对影响扩散连接质量的3个主要因素温度、压力和时間进行了对比分析，为最佳工艺参数的选择提供了参考，指出了目前需要解决的问题和发展方向.
关键词： 扩散连接； 钛合金； TC4； SPF/DB
中图分类号： TG 456 文献标志码： A
近年来随着材料科学的不断发展、新材料的出现，为了解决同种或异种材料间的连接问题，扩散连接技术因其独特的固相连接优势引起了人们的重视，成为了材料连接领域新的研究热点.目前世界上有很多先进的工业国家都对其进行了广泛的研究和应用.扩散连接技术可用于生产制造新器件，能满足航空航天、电气设备、机械工业和核工业研究等装置中关键零部件特殊的连接要求[1-2]，在工业制造中发挥着越来越重要的作用.作为世界“第三金属”的钛及钛合金因其优异的性能在很多领域得到了应用.但由于钛合金材料具有传热系数小、比热低、化学性质活泼等特点，其机械加工的难度较大，是目前较难加工的材料之一.机械加工困难一定程度上成为钛合金应用和发展的瓶颈，所以解决钛合金加工问题的新技术新方法也成为了人们的研究热点[3].本文综述了扩散连接技术在钛合金加工中的应用及研究进展，包括钛合金与不锈钢、陶瓷材料的扩散连接，常用TC4钛合金和TA15钛合金的扩散连接，总结了国内外学者的研究成果，对影响扩散连接质量的3个主要因素温度、压力、时间进行了对比分析，为最佳工艺参数的选择提供了参考，最后指出了目前需要解决的问题和发展方向.
1 扩散连接技术的原理及特点
1.1 扩散连接的原理
扩散连接指的是互相接触的材料表面，在高温、压力和真空或保护气氛的作用下，相互靠近从而发生局部塑性变形，经过一定时间后结合层的原子相互扩散，最终形成整体可靠连接的过程.与普通焊接方式不同的是，扩散连接并不发生熔化和宏观塑性变形，这也是它的优势所在.没有金属液的熔化，直接通过固相原子相互扩散达到连接的目的，避免了普通焊接中因金属熔化而产生的缺陷.从可连接性的角度看，扩散连接可以实现各种材料、各种特殊结构的可靠连接[4-5].
扩散连接过程通常分为三个阶段[2]：第一阶段为物理接触阶段.扩散连接时，经过处理的表面仍然呈现微观的凹凸不平，材料之间的接触主要以点接触为主，高温下对其施加压力，部分接触的点最先产生塑性变形，经过持续的压力作用，接触面积逐渐增大，形成紧密接触，得到满足要求的扩散连接接头.第二阶段为扩散及界面推移阶段.在此阶段紧密接触的界面原子进行扩散迁移，此时扩散连接接头处连接方式主要为金属键，经过一定的保温时间后，扩散的结合层达到一定深度，金属键连接变成牢固的冶金连接.第三阶段为界面和孔洞消失阶段，主要的形式为体积扩散.通过继续扩散作用，界面孔洞逐渐消失，接头组织成分趋于均匀，原始界面消失，该过程速度较缓慢，通常需要几十分钟到几十小时不等.
扩散连接过程示意图如图1所示.
1.2 扩散连接的特点
扩散连接技术的主要特点如下[2]：
（1） 扩散连接适合进行内部连接和多点、大面积构件的连接，以及电弧可达性较差，用传统焊接方法无法实现的连接.
（2） 扩散连接可以进行耐热材料、陶瓷材料、磁性材料及活泼金属的连接.尤其适合于不同种类的金属材料与非金属异种材料的连接.异种材料的扩散连接研究占到整个扩散连接技术研究的70%.
（3） 扩散连接技术对装配等条件要求严格，使它成为了一种高精密的连接方式.扩散连接后，工件的残余应力小，基本不产生变形，可实现机械加工后的精密装配连接.
2 钛合金加工
2.1 钛合金的应用及发展
钛合金因其具有优越的综合性能，成为了一种理想的结构材料.钛合金具有两个主要的优点[6]：一是其密度小而强度高，且有较好的高温性能，能在600 ℃高温下工作而表现突出；二是其具有较强的耐腐蚀性，可以在酸性介质中工作，抗腐蚀性能优于不锈钢.由于性能优越，钛合金在很多领域都得到了广泛的应用.在航空航天领域，钛合金是不可缺少的“太空金属”，在飞机机身、发动机和火箭部件的制造中起到了重要的作用.在其他领域，钛合金的用量也在逐年上升，发挥着越来越重要的作用，在船舶、汽车、医疗、能源和化工等领域体现尤为明显.在船舶工业中，钛合金优异的抗腐蚀性能及比强度高、无磁的特点，使其非常适合海洋环境，已成功应用到船舶的重要部件上，比如船壳体、螺旋桨和阀体等.在汽车工业中，钛合金的优良性能为汽车的节能减排作出了很大贡献[7].
2.2 钛合金的加工现状
钛合金常用的机械加工方式有磨削、铣削、切削和锻造等，但钛合金的低加工效率、高加工成本等问题一直是限制其发展的瓶颈[8-9].钛合金目前仍被认为是难加工材料之一，造成其难加工的原因主要为[10-12]：（1） 钛合金的传热系数较小，机械加工时切屑接触区域产生的高温难以及时排除，而钛合金较小的传热系数加剧了高温的形成，使得加工热过大；（2） 钛合金的比强度较高，加工温度较高时，刀具磨损严重；（3） 钛合金的化学性质活泼，机械加工时易与刀具产生氧化反应，产生加工硬化等问题；（4） 钛合金的弹性模量小，机械加工过程中不稳定，容易磨损刀具.虽然钛合金难以机械加工，但是其在工业制造领域尤其是飞机制造行业中仍然不可或缺.所以寻求方法降低钛合金的加工难度、提高加工效率和材料利用率以及降低加工制造成本成为人们研究的热点.