金属学报

作者：杨旭, 杨振文, 王颖, 李会军, 李永兵

单位：1 天津大学 天津市现代连接技术重点实验室 天津 300350；2 上海交通大学 复杂薄板结构数字化制造重点实验室 上海 200240

关键词：锆合金,扩散连接,梯度纳米结构,超声冲击处理,

基金：国家自然科学基金项目(52222511)

针对Zr-4合金高温扩散连接过程中晶粒粗化和界面第二相析出导致接头性能下降的问题，本工作采用超声冲击在Zr表面制备约70 μm厚的梯度纳米结构(GNS)，以降低扩散连接温度并提升接头强度，并在740~800 ℃范围内开展扩散连接实验(保温时间30 min、压力10 MPa)。结果表明，梯度纳米结构由纳米晶、纳米层片及变形晶粒组成，富含高密度晶界、位错及孪晶。表面纳米晶可促进界面孔洞闭合，并有效抑制第二相的生长和聚集，使其在界面分布更均匀。同时，在连接过程中距接头界面15~100 μm的区域形成异常粗大晶粒，其最大尺寸可达基体晶粒的7.2倍。断裂行为分析表明，异常粗大晶粒并未成为裂纹源，反而通过诱导非均匀塑性变形和形成大量孪晶结构，促发额外的加工硬化效应，强化接头局部区域。GNS-Zr/GNS-Zr接头的剪切强度随着连接温度升高而增大，在800 ℃时最高达376.9 MPa，在相同连接条件下相较Zr/Zr接头提升1.2~1.6倍，且在低温下提升幅度更为显著。

来源：2026年第1期

《金属学报》期刊编辑部

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