AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金协同增强C/C复合材料与Nb钎焊接头性能研究

《Welding in the World》：Synergistic enhancement of EHEA for the C/C composites and Nb brazed joint

研究人员采用AlCoCrFeNi2.1共晶高熵合金（EHEA）对C/C复合材料与Nb金属进行钎焊，通过FCC+BCC双相结构实现强度与塑性的优化协同，显著提升接头性能。研究揭示了不同工艺下微观结构演变规律（如Laves相富集、NbC反应层增厚）及力学性能峰值（1300℃/10min时室温强度25.6MPa、800℃高温强度14.9MPa），为高温结构材料连接技术提供新策略。

　　

通过采用AlCoCrFeNi_2.1共晶高熵合金（EHEA, Eutectic High-Entropy Alloy）作为钎料，科学家们成功实现了碳/碳（C/C）复合材料与铌（Nb）金属的高效连接。这种钎料独特的面心立方（FCC）加体心立方（BCC）双相结构，如同"刚柔并济"的分子级搭档，通过强度与塑性的完美平衡，为钎焊接头带来了协同增强效应。

研究团队系统评估了不同温度与保温时间下接头的微观结构演变与力学性能。典型接头可划分为四个特征区域，其相组成依次为：C/C复合材料基体与FCC相/碳化铬（M₇C₃）层、碳化铌（NbC）反应层、BCC相与Laves相+FCC相的共生区、以及铌固溶体（Nb(s,s)）与金属间化合物Nb₇Ni₆的过渡层直至Nb基体。其中，柔软的FCC相如同"塑性储备库"保障接头韧性，而原位生成的Laves相则赋予了接头独特的高温性能。

随着钎焊温度升高或保温时间延长，C/C复合材料侧的元素渗透区逐渐扩大，M₇C₃、NbC和Nb₇Ni₆反应层持续增厚，共晶组织被逐步消耗的同时Laves相相对富集。力学性能测试显示接头强度呈现先升后降的变化趋势，在1300℃/10分钟时达到最优——室温强度为25.6兆帕（MPa），800℃高温环境下仍保持14.9MPa的强度。断裂分析表明，裂纹主要萌生于C/C复合材料内部的渗透区，随着工艺参数提升会向脆性NbC反应层延伸，揭示了界面反应控制对连接可靠性的关键作用。