当在高温、高真空条件下，两种不同材料（异种金属）相互接触的时候，有可能会发生共晶反应，或者扩散连接。从事航空制造工艺的人，特别是真空热处理、真空钎焊工艺，多多少少都听过这个问题，或者甚至已经遇到过这个问题。本文解释了这些共晶成分是如何形成的，为什么扩散连接会是一个问题，以及阻止共晶反应的应对措施。
译者在工作中看到这篇博客，作者是两位资深的真空工艺专家。文章非常专业，翻译出来分享给大家，一起学习。
非材料专业的人对"共晶反应"这个词不是太理解。简单解释就是金属被熔化了，是因为发生了反应。共晶反应的发生，是当两种不同熔点的材料在真空炉中相互接触，产生了原子级别的扩散。对于某些材料而言，当原子分数（或者质量分数）达到某个比例，材料就会在比自身熔点低很多的温度下熔化。如果在加热过程中达到了这个熔化温度，材料就会在接触的地方开始熔化。这就是共晶反应。举两个栗子。第一个最常见的例子就是锡／铅钎料的共晶反应。锡的熔点是450 F ，铅的熔点是620 F。而两者组成的钎料熔点只有307F。另一个栗子就是真空热处理时钛／镍共晶。钛的熔点比3000 F 高一点，镍在大约2650 F 熔化。如果将钛放在传统的热处理工装，比如不锈钢料架，进行真空热处理，此时钛和不锈钢接触的地方就会在1730 F 熔化。因此，如果从事真空热处理或者真空钎焊的人员不理解什么是共晶反应，这将是一场灾难。 作者亲身经历过一次共晶反应带来的事故，教训深刻。如下图，高镍铸造合金放置在钼杆上，而钼杆放在石墨导轨上，热处理温度是2400 F 。共晶发生在高镍合金和钼杆上，事故造成直接经济损失超过15万美金。![]()
共晶反应的另一种结果就是扩散连接，共晶位置凝固后形成了焊缝接头。当连接接触点比较多时，扩散连接就会非常严重，带来破坏性的结果。隔离，是最有效的措施，就是在两种材料之间垫上其它材料。这个隔离材料必须能够承受最高的工艺的温度。最有效的隔离材料有以下几种。1，高硅氧纤维布或者耐火棉毯：高硅氧纤维看起来像布，含有超过96％的SiO2，能够抗氧化。大部分高硅氧纤维织物要到2650 F 以上的温度才会熔化或者挥发。如下图，请参考https://www.sglcarbon.cn/data/pdf/SGL-Brochure-REFRASIL-cloths-EN.pdf 陶瓷薄板，或不同形状的陶瓷工装：陶瓷材料可以做成平板或者特定形状的工装，以配合特定的用途。 不同类型的阻流剂：阻流剂用于保护金属表面，可以防止熔化的金属流动，也可以防止金属互相粘粘或者焊接到一起。 耐火棉：钛合金热处理，温度2350 F，高真空保温24小时。此时，在石墨工装与钛合金之间铺上耐火棉，起到隔离作用。陶瓷板：使用陶瓷板隔离紧固螺母和石墨支撑。这个工艺是在2500 F 做烧结。 陶瓷板：铁镍高导磁合金，固定在陶瓷板上，最下面是石墨支撑。热处理温度2150 F 。陶瓷工装：使用特制的陶瓷工装，支撑高速钢的全螺纹件，在2100F做强化。 阻流剂：不锈钢420的模具，在石墨板上热处理，温度1900 F 。白色的为阻流剂。![]()
