北京航空航天大學(xué)等高校團(tuán)隊(duì)近日在《先進(jìn)材料連接》期刊發(fā)表成果，成功開(kāi)發(fā)出鋯激活高熵合金釬料（HEA-Zr）。該材料直擊鎳基高溫合金傳統(tǒng)釬焊易生脆性與氣孔的痛點(diǎn)，通過(guò)微量鋯調(diào)控熔化行為，實(shí)現(xiàn)無(wú)缺陷接頭并創(chuàng)下抗剪強(qiáng)度新紀(jì)錄，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)核心部件制造與修復(fù)提供新材料路徑。

高熵合金由多種主元近等原子比混合而成，憑借高達(dá)13.38焦耳每摩爾開(kāi)爾文的構(gòu)型熵與1.27%的原子尺寸失配率，天然傾向于形成穩(wěn)定的雙面心立方結(jié)構(gòu)。然而，傳統(tǒng)高熵合金熔點(diǎn)極高且原子擴(kuò)散遲緩，導(dǎo)致釬焊時(shí)潤(rùn)濕性差、界面反應(yīng)遲鈍。研究團(tuán)隊(duì)以CoCrFeNiCu體系為基底，按摩爾比引入0.6份鋯合成HEA-Zr釬料。差示掃描量熱測(cè)試清晰顯示，原始高熵合金在約1120℃和1360℃呈現(xiàn)雙階段吸熱峰，對(duì)應(yīng)富銅相與富CoCrFeNi相的熔化過(guò)程；添加鋯后，峰值分別下移至約1062℃與1184℃。其作用機(jī)制在于鋯在合金內(nèi)部原位生成低熔點(diǎn)富鋯金屬間化合物，充當(dāng)內(nèi)源激活劑，使基體金屬在較低溫度下即可觸發(fā)充分熔化與界面冶金結(jié)合。

在實(shí)際釬焊GH99鎳基高溫合金時(shí)，未改性釬料因富銅枝晶間相優(yōu)先熔化且無(wú)法回填，導(dǎo)致接頭內(nèi)部遍布收縮氣孔，界面處甚至出現(xiàn)銅替代鉻引發(fā)的富鉻析出物。改用HEA-Zr釬料后，團(tuán)隊(duì)獲得了完全無(wú)缺陷的致密接頭。電子背散射衍射與透射電鏡分析揭示，該接頭由細(xì)等軸鎳面心立方固溶體基體構(gòu)成，晶界處分布著由單斜相Ni7Zr2、碳化鋯（ZrC）及二氧化鋯（ZrO2）交織而成的網(wǎng)狀第二相。能量色散光譜定量分析表明，富鋯區(qū)域鋯含量達(dá)23.27原子百分比，鈷鎳鋯比例接近2:1，指向典型的Laves相與Ni7Zr2結(jié)構(gòu)。這些富鋯相通過(guò)包晶反應(yīng)在凝固前沿析出，并與基體保持共格或半共格界面，徹底規(guī)避了傳統(tǒng)釬料常見(jiàn)的非共格脆性邊界。

力學(xué)性能測(cè)試表明，HEA-Zr釬焊接頭的平均剪切強(qiáng)度達(dá)到635兆帕，標(biāo)準(zhǔn)差控制在71.87兆帕以內(nèi)，顯著超越此前常規(guī)或高熵釬料的報(bào)道值。測(cè)試依托Gleeble-1500試驗(yàn)機(jī)以0.5毫米每秒的拉伸速率完成，數(shù)據(jù)取自三次同條件釬焊接頭的平均值，具備良好的重復(fù)性。接頭強(qiáng)度的躍升源于“骨架-基體”協(xié)同承載機(jī)制：富鋯網(wǎng)絡(luò)作為剛性骨架承擔(dān)應(yīng)力，連續(xù)鎳基面心立方相則負(fù)責(zé)傳遞載荷并容納塑性變形。顯微硬度映射證實(shí)，ZrO2、ZrC與Ni7Zr2的硬度均高于基體。斷裂形貌顯示裂紋雖在相界萌生，但會(huì)沿韌性基體發(fā)生穿晶擴(kuò)展，斷口殘留局部韌窩，這種非線性載荷-位移特征表明接頭不僅強(qiáng)度高，還具備優(yōu)異的超載容忍度。

工藝參數(shù)方面，研究采用1180℃保溫30分鐘的真空釬焊循環(huán)，該溫度低于多數(shù)時(shí)效強(qiáng)化鎳基高溫合金的固相線臨界值，既能充分熔化激活態(tài)釬料，又能保護(hù)基體敏感微觀組織。配合900℃均溫階梯升溫與70分鐘緩冷至500℃的熱處理曲線，有效抑制了冷卻過(guò)程中的殘余應(yīng)力累積。在航空航天制造端，真空釬焊已是復(fù)雜構(gòu)件連接的工藝。該釬料降低釬焊溫度的同時(shí)消除內(nèi)部缺陷，可直接延長(zhǎng)渦輪葉片與燃燒室內(nèi)襯的使用壽命，推動(dòng)昂貴部件從“報(bào)廢更換”轉(zhuǎn)向“再制造修復(fù)”。熱力學(xué)計(jì)算進(jìn)一步指出，鋯的加入將系統(tǒng)熵值推升至14.78焦耳每摩爾開(kāi)爾文，原子尺寸失配率增至8.14%，恰好處于單相高熵合金極限邊緣，這種設(shè)計(jì)巧妙利用了熵驅(qū)動(dòng)的空間分餾效應(yīng)，為下一代高熵合金釬料提供了明確的微合金化設(shè)計(jì)范式。

從全球航空產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀來(lái)看，歐美老牌發(fā)動(dòng)機(jī)制造商正面臨現(xiàn)役機(jī)隊(duì)老齡化與新型號(hào)輕量化雙重壓力，對(duì)耐高溫、抗蠕變且易于無(wú)損修復(fù)的連接材料需求迫切。對(duì)于國(guó)內(nèi)從事高溫合金加工、特種釬焊設(shè)備配套及航空維修渠道的企業(yè)而言，下一步需重點(diǎn)關(guān)注該釬料在批量熔煉時(shí)的成分偏析控制、真空環(huán)境下的長(zhǎng)期儲(chǔ)存穩(wěn)定性，以及與國(guó)際主流無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的兼容性。隨著此類高熵合金釬料逐步走向工程化驗(yàn)證，掌握其工藝窗口與質(zhì)量控制節(jié)點(diǎn)的企業(yè)將在高端裝備再制造市場(chǎng)占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢(shì)。未來(lái)采購(gòu)選型時(shí)，建議重點(diǎn)考察供應(yīng)商在真空釬焊爐溫控精度、氣氛純度保障以及接頭無(wú)損探傷能力上的硬件配置，以確保材料潛力能在實(shí)際產(chǎn)線中穩(wěn)定兌現(xiàn)。