擴散焊接又稱擴散粘接，是指使被焊表面在一定溫度和壓力下相互接觸，通過微觀塑性變形或在被焊表面上產生液相來擴大待焊表面的物理接觸，然後經過長時間的原子擴散後實現組合的焊接方法。 擴散焊是異種金屬、耐熱合金、複合材料、陶瓷等的主要連線方法，具有廣泛的應用前景。
擴散焊接在導電器件和元件的加工和製造、電真空器件的製造、機械製造業和航空航天領域有著廣泛的應用。 特別是在航空航天領域，航空航天工業是擴散焊接最重要的應用領域。 據介紹，[2]近十年來，美國採用擴散焊接和超塑性成形擴散焊接相結合的工藝製造了大量的B-1轟炸機性合金部件，包括66種重要的翼板、平衡支架、艙壁、大樑，還焊接了穿梭機主發動機的推進結構， 它由 25 個擴散焊接部件組成。這種製造飛機部件的方法可以有效地減輕結構的重量，節省有價值的材料，從而降低生產成本。 國外擴散焊技術比較成熟，而國內擴散焊則沒有起步很久。
因此，擴散焊具有重要的研究意義，本文主要闡述了擴散焊的相關原理和優勢，介紹了重要的擴散焊技術，從工藝引數方面介紹了國內外的研究進展，並對未來的發展進行了展望。
1.擴散焊的原理、分類及特點
1.1.擴散焊接接頭的原理
為了使金屬在不熔化的情況下形成良好的焊接接頭，必須使被焊接的表面緊密接觸，在原子引力範圍內形成金屬鍵。 材料表面不能完全光滑光滑，實際表面有氧化膜、汙垢和表面吸附層，會影響接觸面上的金屬原子形成金屬鍵，兩種母材表面的晶相也不同，不同材料的晶體結構也不同， 這會影響材料的連線效果。
因此，需要對焊接接頭進行加壓加熱，使表面的氧化膜破裂，表面在高溫下發生塑性變形和蠕變，從而加速兩種材料的擴散連線。 為了便於研究，擴散焊通常分以下四個階段進行討論。
第一階段是初始物理接觸階段，表面不平整，只有一些接觸點接觸，如圖1a所示。
第二階段是塑性變形階段，在外壓作用下，表面通過屈服和蠕變機制發生塑性變形，表面接觸面積逐漸增大，最終實現整個介面的可靠接觸，介面未達到緊密接觸區形成介面空隙， 如圖 1b 所示。
如圖1c所示，由於晶格畸變、位錯、形位錯、形位錯等缺陷，介面能量顯著增加，原子處於高度活躍狀態，有利於擴散。
第四階段是體擴散階段，其中微孔逐漸消失，如圖1d所示，微觀結構成分逐漸均勻化，最後晶粒通過晶界介面生長，原有介面消失。
圖1擴散焊接的四個階段示意圖。
當然，這四個階段並不是完全分開的，而是相互交叉的，通過擴散過程形成可靠的連線。
1.2.擴散焊的分類及特點
根據焊接材料的組合，可分為無中間層擴散焊和中間層擴散焊，根據焊接母材的不同，也可分為同材擴散焊和異種材料焊接。
新相的效能決定了焊接接頭的效能，因此研究接頭中元件的擴散規律和新相的產生極為重要。
FICK4]bottzmann3]和Matono等對擴散係數d做了大量研究。 菲克提出了第一定律，d不隨濃度而變化，即：
當擴散係數 d 隨濃度的變化而變化時，即擴散系統不穩定時，Bottzmann 使用分數。
可變色散法：
在此基礎上，Matano用**方法提出了不同濃度下的擴散係數方程：
在上面的等式中，：] 是擴散通量：c 是元素濃度;t為保持時間，x為元件的擴散距離; d 是擴散係數。
張磊等[5]研究了氫對TC4合金擴散焊接的作用機理，認為氫元素主要通過加速原子擴散、增加再結晶驅動力、促進塑性變形和蠕變等方式改善TC4合金的擴散焊接可加工性。
根據焊接接頭中是否有液相，可分為固相擴散焊和液相擴散焊。 由於固相散射焊面臨塑性變形的難題，需要較高的連線溫度和較大的壓力才能實施，通常需要很長時間，而且固相焊接裝置複雜，接頭形式也有一定的侷限性，生產效率相對較低。 瞬時液相擴散焊接可以彌補其缺點。 英國 d**idsDuvall [6 等人是第乙個通過相圖和冶金原理解釋瞬態液相擴散鍵合 （TLP） 的人。 瞬時液相擴散焊接是將中間層放置在待連線材料的連線面之間，在加熱過程中，由於中間層的熔點或中間層與母材相互擴散形成的共晶反應產物而形成低熔點的液相合金， 從而形成一層薄薄的液相中間層;液體填充待連線材料表面之間的空間，有時會溶解殘留在表面上的雜質; 隨著溶質原子繼續擴散到基材中，發生等溫凝固。 等溫凝固完成後，沒有殘留液相存在的痕跡，並形成其成分與母材相似的連線接頭[7]。 由於瞬時液相擴散焊接具有微量的液相作用，因此與焊接一樣。但是，與光纖焊接相比，釺焊側重於母材的潤濕，而TLP技術則側重於增溶元素向母材的擴散，其優點是母材表面的氧化膜具有一定的自潔能力，可以形成無中間層殘留物的接頭， 無介面，且組織和力學效能與母材相似，可得到重熔溫度高於焊接溫度的焊接接頭[8]。
由於真空技術的發展，真空技術和擴散焊接技術相結合，形成了真空擴散焊接技術。 真空擴散焊接是在真空、高溫和施加一定壓力的條件下，使被焊材料的表面原子經過長時間的擴散和滲透，最終實現材料的永久連線的方法。
此外，由於材料超塑性的發現，人們發明了一種利用材料的高延展性加速介面接觸過程的方法，形成超塑性成型擴散焊接。 由於超塑性材料的超細晶粒，介面區域的晶界密度和晶界擴散大大增加，孔隙率和介面消失的過程顯著增加。 超塑性擴散焊接可以通過在兩側新增超塑性母材來完成，也可以通過新增超塑性中間層材料來實現擴散連線。
2.擴散焊工藝對擴散焊的影響
2.1.加熱溫度
溫度公升高和加速，接頭強度相對較高。 由於焊件和夾具的高溫強度、母材的成分、表面狀態、中間層材料和相變的影響，許多金屬材料和合金的加熱範圍一般為06-0.8tm（k） （tm 是賤金屬的熔點）。 何鵬[！]。研究了擴散接頭的介面結構和連線溫度對介面結構和連線特性的影響，並研究了連線介面反應層的形成機理。 結果表明：GH99 Ti Ti Al的介面結構如下：GH99 （NICR） rich Ti NCR） tini Ti2Ni A -Ti+Ti2Ni Ti（al）s Ti Ai + Ti3Al T A 隨著連線溫度的公升高，各反應層厚度增大，接頭電阻強度先增大後減小;連線溫度為1173K，連線時間為30min，連線壓力為20MPa
，剪下強度可達2607mpa.Ohsasa[121等建立了Ni合金的動力學模型，並採用差分法計算了擴散，得到了焊接溫度和焊接時間對元素擴散的作用。
2.2.保暖時間
保溫時間是指焊件在焊接溫度下的保溫時間。 如果保溫時間太短，擴散焊頭不能達到與母材相等的穩定強度，並且在高溫高壓下保壓時間過長，不會進一步提高擴散焊頭，反而會使母材晶粒長大。 保溫時間與溫度和壓力密切相關，使用較高的溫度和壓力可以縮短焊接時間。 從提高生產率的角度來看，保持時間越短越好。
林洪祥[13]等. ZR CU ZR 瞬時液相擴散連線TCN）陶瓷基體試驗，重點考察保溫時間對元素擴散和介面反應產物的影響。結果表明：在特定焊接工藝條件下，介面處的Ti、Ai、Zr和Cu元素相互擴散，與TCN形成過渡介面）Cu Zr2+Cuzr+Zr O Cu為主體結構，接頭最大抗彎強度可達320MPa。最佳工藝引數為950C，3MPa，保溫時間為15min 30min，介面結構均勻緻密，可獲得力學效能高的焊接接頭。
Nishimoto等[14]採用MBF80非晶中間層對CMSX-2單晶鎳基合金在1250C 30 mi和1275C 25 min工藝條件下進行TLP連線，焊接後進行固溶時效處理。 試驗表明，TLP接頭在650C和900C時的高溫抗拉強度略大於CMSx2基體，持久強度與母材相似。
李曉紅1151等以第一代鹼性單晶高溫合金DD3為研究物件，以DIF為中間層合金，在1250C下保溫4、24、36h，得出結論，1250C 4h擴散焊接接頭間歇性分布在焊接中心線，少量塊狀Y相和W，得到Mo、Cr復合碳化合物，其他部分與母材結構和組成基本一致，Y+Y'雙相結構和Y析出相尺寸約為05~1.2um
2.3.強調
施加壓力的主要作用是使節理表面的微觀突起產生塑性變形，從而達到緊密接觸，促進介面區域的擴散，加速重結晶過程。 較高的壓力會產生較大的表層塑性變形，從而降低表層的再結晶溫度，加速晶界的遷移。 高壓有利於第四階段，有利於微孔的收縮和消除，也減少了異種金屬的擴散孔隙。 焊接壓力不宜過大，過大會導致焊件變形，同時對裝置要求過高，因此應從經濟角度選擇較小的壓力。
對於瞬時液相擴散焊接，壓力引數只是為了使焊接表面接觸良好，如果加入中間層材料，可以有效提高擴散速率，並且可以不施加壓力或施加較小的壓力。
以NI71Crsi高溫材料為中間層金屬，根據試驗焊接GH3128基高溫合金，通過對強度試驗結果的正交分析，發現焊接溫度是影響接頭力學效能的決定性因素，各因素常溫效能影響的順序為： 焊接溫度、“保溫時間”、影響高溫力學效能的因素順序：焊接溫度、焊接壓力、保相花門。
2.4.中間層材料的選擇
為了降低擴散焊的連線溫度、保溫時間和壓力，提高接頭的效能，促進擴散，擴散焊往往在待焊材料之間插入中間層，特別是對於異種材料的連線中間層材料。 中層高上態原產地，王者二溫技術變形，增加鍵合面積，加速擴散，降低溫度和連線時間，阻礙有害金屬之間的合成。
等[161]。 為了保證焊接質量和焊接實驗的順利進行，中間過渡層的選擇主要遵循以下兩點： 中間層材料的熱膨脹係數介於母材之間：中間層金屬不與母材產生不良的冶金反應， 如形成脆性金屬間化合物等有害相[8]。
北京航空材料研究所李曉紅、毛偉等117]研究了我國研製的第二代單品合金DD6的過渡液相擴散焊接工藝，中間層合金的主要成分與DD6母材基本相同，並加入一定量的B作為降序元素， 擴散焊接接頭的連線介面採用1 290C 12H標準化，約一半的面積與DD6母材Y+Ya的組織前其他區域相似** 不同形態的硼化物分布在高固溶體基體上，980C的耐久性接近母材效能指標的90%： 將擴散焊的保溫時間延長至24 h，減少了連線介面上的不平整區域，980C和1 100C的耐久性分別達到90%、100%和70%和80%的效能指標
對於鎳基高溫合金的焊接，由於其變形困難，採用固相擴散焊接需要很大的壓力和較長的時間，這會導致材料晶粒粗糙，嚴重破壞材料的效能。 Han Wb等[81]以鎳箔為中間層研究了In718的固相擴散焊接，發現開採25um鎳箔時，焊接溫度為1273 1323K030MP，保溫時間為45 -60ie，室溫下斷裂位置發生在母材側。
周元091等利用磁控濺射技術在Ta15合金表面沉積薄膜，在DD6單晶高溫合金表面沉積Ni薄膜，並使用TiNi薄膜作為中間層進行低溫擴散焊接。
X射線衍射分析表明，Ti和Ni薄膜為多級組織，AFM分析表明，薄沉積後Ta15合金和DD6單晶襯底的表面粗糙度降低。 以T，Ni薄膜為中間層，在800C 20MPa 2H規範下實現了Ta15合金與DD6單晶高溫合金的低溫擴散連線。 掃瞄電鏡和能譜分析表明，Ti和Ni均擴散到其他母材的介面，整個接頭呈現多級結構，主要是Ti2Ni和TiNi相。
Gale等人提出了TIAI金屬間材料（鑄造Ti-48AT%A1-2AT%CR-2AT%NB合金）和NIA1-HF與Jin基高溫合金MM247連線的“寬間隙”TLP擴散焊接的概念：這種“寬間隙”TLP連線使用由液相成型組分和標稱非熔化組分組成的復合夾層120]。
連線接頭100%有效; Nieman和Garrett等人採用共晶連線方法，以Cu為中間層，在低溫低壓下連線AI-B-B複合材料。 這種方法也用於將 TI-AI 聯結器壓在一起，但由於接頭區域存在中間金屬相 （21-25），配件未按預期執行。
2.5.材料表面處理
焊接表面的清潔度和平整度對焊接接頭也有重要影響。 擴散焊裝配前，必須對擴散焊表面進行處理，主要包括加工符合要求的表面粗糙度和直線度，去除表面氧化物，去除表面有機膜，一般經過脫脂、機加工、研磨、研磨拋光、酸洗等措施，有時使用真空烘箱烘烤，以獲得乾淨的表面。 機加工的硬化層通常通過化學侵蝕進行清潔。 對表面處理的要求也與焊接溫度和壓力有關，隨著連線溫度和壓力的增加，對表面的要求也越來越低。
2.6.阻焊層
在擴散焊中，需要阻焊性，以防止壓頭與焊件之間或焊件之間的區域通過擴散焊粘合在一起。 阻焊層的熔點或軟化點一般高於焊接溫度，具有良好的高溫化學穩定性，不與焊件夾具或壓頭發生化學反應，不影響焊件表面，不破壞保護氣氛或真空。 在鋼鋼擴散焊接中，可採用人造雲母片作為隔離壓頭; 在下巴鐵擴散焊接的情況下，可以塗上一層氮化硼或氧化物記憶粉。
3.焊後質量檢測
擴散焊頭焊接質量檢測方法採用隨機抽查進行金相檢驗，並配有超聲波等無損檢測手段。 目前，沒有可靠的無損檢測方法可以檢查接觸非常緊密且晶粒生長未通過介面焊接不良區域的接頭。 超高頻（>50MHz）超聲波掃瞄裝置用於生產和測試中的檢查，僅對未焊接和明顯分離的大孔有效。 因此，有必要進行研究並找到可靠的檢測方法。 目前，國內航空擴散焊接的質量驗收尚無標準，需要通過對工藝引數和工藝規程的研究和實際應用積累，建立有效的標準126。
何鵬等 [！！].通過掃瞄電子顯微鏡、電子探針和X射線輻射對接頭介面進行分析，並採用剪下強度值在焊接後按照DIN 8526-1977標準評價接頭連線強度。
國外關於釺焊和擴散焊縫無損檢測的研究報道較多[20]，對於一側焊縫平坦或近平面的結構，超聲C掃瞄多用於檢測焊縫中的未焊、氣孔等缺陷，但超聲C掃瞄很難檢測出擴散焊縫中容易出現的一種緊密的弱粘接缺陷。 渦流測試已用於檢測光纖焊接蜂窩的焊料分布，滲透測試已用於檢查焊縫的外邊緣。 但是，對於一些形狀特別複雜的零件或焊縫周圍有結構的焊縫，無法進行接頭檢查，通常需要通過其他方法解決。
超聲波檢測起著非常重要的作用，但超聲波檢測也存在時間解像度低、反射率低、波長大於缺陷尺寸等缺點，雖然瞬時液相擴散焊在工業生產中應用越來越廣泛，但對其接頭質量的檢測卻遠未達到令人滿意的結果：因此，要使瞬時液相擴散焊得到廣泛應用， 在與之相關的工藝上要加以改進，這是瞬時液相擴散焊接發展的方向。
4.擴散焊接的數值模擬**
為了更好地研究擴散焊接定律，借助計算技術，對接頭行為進行數值模擬，以求出共同定律，同時實時控制擴散連線過程和質量無疑是未來研究的重點1281。
Grant等29根據TLP的焊接原理模擬了焊接工藝圖：在焊接初期，焊接溫度達到中間層的熔點，中間層溫度公升高，中間層熔化：焊接溫度繼續公升高，中間層完全熔化， 脫熔元素向兩側擴散，部分母材液化;加熱溫度繼續公升高至最大，中間層兩側的母材進一步液化，液體寬度達到最大。 加熱方式使母材表面的加熱溫度首先達到最大值，導致先熔化，以及擠壓引起的液體溢位，潤濕性喪失，過渡層不均勻; 在等溫凝固階段，中間層向母材的分散速度介於固態和液態擴散係數之間，母材和中間層的元素相互擴散，波相寬度變小。 在均質階段，由於元素在中間層和母材之間擴散，中間過渡層的組成是穩定的，晶粒生長：元素擴散基本完成，晶粒再結晶完成，過渡層和母材的組成基本相同，焊接完成。
5.展望
隨著我國新型航空發動機工作溫度的逐步公升高，鎳鋁化合物、基因間化合物與鎳基單晶高溫合金、粉末合金、陶瓷和複合材料的連線逐漸增加。 擴散焊接也越來越受到焊工的青睞，因為它的焊接材料種類繁多，焊接接頭的強度和組成接近母材。 綜上所述，擴散焊的溫度、壓力、保溫時間、中間層的選擇和焊後質量檢驗等，我認為擴散焊應該在以下幾個方面發展：
1）新材料、耐火材料擴散焊接工藝的研究與開發。隨著新材料的發展和製備方法的發展，也應開發相應的材料連線技術，使材料發揮其優良的效能。
2）擴散焊接工藝引數優化。探索最佳擴散焊接工藝，實現規模化生產，節省生產時間，降低生產成本。
3）瞬時液相擴散焊接中間層的研發。探索和改進了各種材料擴散焊接的中間層合金體系，以期為各種材料的擴散焊接技術提供參考。
4）擴散焊接裝置的研發。由於擴散焊裝置的一次性投資成本高，而且大部分是國外裝置，擴散焊技術的適用性有限。 我國應加強擴散焊接裝置的研發，實現國產化，降低生產成本。
5）改進焊後質量檢測方法。目前，焊接質量一般通過掃瞄電子顯微鏡、X射線、無損檢測等方法判斷，以及焊接接頭的強度檢測，焊接檢測有待進一步完善。
方法。 6）提高焊後質量驗收標準。對於焊接工藝和焊接接頭的質量，以及它們是否符合工程標準的檢驗標準。
7）用**進行擴散焊接的計算機模擬。隨著計算機技術的發展，擴散焊接也可以用計算機模擬來模擬。 對單元擴散過程的計算機模擬有利於擴散焊接動力學的研究，為獲得高效能接頭提供理論指導。
綜上所述，擴散焊接還有很多問題需要解決。 國外擴散焊接技術在航空工業中得到了廣泛的應用，要達到國際領先水平還有很長的路要走。