本所声明  |  联系方式  |  中国科学院  |  数字认证(OA)   |  ARP  |  English  |  邮箱
新闻动态 > 科研动态

超强激光科学卓越创新简报

(第八百二十五期)

2026年9月15日

上海光机所在钛合金/镍基高温合金异种材料激光连接方面取得新进展

近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高端光电装备部杨上陆研究员团队在钛合金与镍基高温合金异种材料高可靠激光连接方面取得新进展。针对传统Ti/Ni异种接头中脆性金属间化合物易形成、界面组织复杂及断裂行为难以调控等问题，研究团队提出了基于Cu中间层空间构型调控的超细激光焊接方法，通过调节Cu中间层突出高度实现焊接过程中Cu元素空间分布的主动调控，改善了界面组织及接头断裂行为。相关研究成果以“Microstructure and failure behavior of Ti-6Al-4V/Inconel 718 laser-welded joints with protruded-interlayer-induced surface Cu enrichment”为题，发表于《Journal of Manufacturing Processes》。

Ti-6Al-4V钛合金具有低密度、高比强度和优异耐腐蚀性能，Inconel 718镍基高温合金则具有良好的高温强度和抗氧化性能，两者的高质量连接可兼顾结构轻量化与高温服役需求，在航空航天、能源动力等领域具有重要应用前景。然而，Ti与Ni之间冶金相容性较差，熔焊过程中容易发生剧烈元素互扩散和冶金反应，生成硬脆金属间化合物，导致界面应力集中和接头脆性断裂，接头的强度和塑性均难以提高。以往研究主要通过中间层材料选择和厚度优化等方式调控界面反应，而中间层构型与几何尺寸及其对元素输运和界面组织的影响尚缺乏系统研究。

针对上述问题，研究团队采用光斑直径仅0.04 mm的单模光纤激光，并设计了齐平式和凸起式Cu中间层构型。研究发现，凸起Cu在激光作用下优先熔化、塌陷并沿焊缝表面铺展，在近表面区域形成明显的Cu富集。Cu的空间再分布进一步改变了熔池流动和Ti侧界面演化，使过渡层发生迁移和倾斜，从而实现了由中间层几何尺寸—元素迁移—界面组织演化的协同调控。

图 1Ti/Ni激光焊接接头横截面形貌：（a）齐平式Cu中间层（F-Cu）；（b）凸起式Cu中间层（P-Cu）

进一步研究表明，表面Cu富集显著影响了接头的断裂行为。齐平式Cu中间层接头的裂纹主要沿硬脆Ti-Cu过渡层扩展，呈现明显的准解理特征；采用凸起式Cu中间层后，能够使得焊缝表面形成较宽的Cu富集区域，近表面裂纹发生偏转并进入相对柔软的Cu富集区域，断口出现韧窝特征，提高了局部塑性变形协调能力。室温下，优化接头的最大抗拉强度达到583.9 MPa，断裂应变达到2.05%，相比齐平式接头的548.7 MPa和1.23%分别提高约6.4%和66.7%。同时，研究系统揭示了100～300 ℃条件下Cu富集区热软化与裂纹路径迁移之间的关系，为理解异种接头中温失效行为提供了实验依据。

图 2焊接接头上下表面断裂路径（a）F-Cu上表面；（b）P-Cu上表面；（c）F-Cu下表面；（d）P-Cu下表面。

图 3本研究接头的室温力学性能：（a）F-Cu和P-Cu试样的工程应力–应变曲线；（b）本研究与既往相关研究中接头抗拉强度和断裂应变的对比。

该研究突破了传统仅依靠中间层成分、厚度等参数调控异种材料界面的思路，提出了通过中间层几何尺寸与构型调节元素迁移与界面反应的新策略，为Ti/Ni等易形成脆性金属间化合物的异种材料实现强度与塑性的协同提升提供了新的技术路径，并为航空航天等领域轻质耐高温异种材料构件的一体化制造提供了理论和技术支撑。论文第一作者为上海光机所博士生殷琪安，杨上陆研究员为通讯作者。相关研究工作得到上海市自然科学基金支持。

原文链接

附件下载：

copyright 2000- 中国科学院上海光学精密机械研究所 沪ICP备05015387号-1
主办：中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市嘉定区清河路390号(201800)

转载本站信息，请注明信息来源和链接。 沪公网安备 31011402010030号


上海光机所
微信公众号

尚光聚力
微信公众号