第16卷 第2期
摘要：目的 研究电流驱动下金属Ni向ZrO2陶瓷的定向扩散以及界面化学反应，实现两者在工业气氛下的 快速连接。方法 在 1 200 ℃下采用独特的电流场耦合扩散焊连接系统制备 Ni-ZrO2扩散偶样品。利用扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）对不同直流电参数（电流密度0~5.09 mA/mm2）下制备的样品界面焊缝形貌以及原子分布进行观察和解析；测试Ni-ZrO2扩散偶的剪切强度，并结合不同样品的界面微观结构演 变初步揭示电流场辅助Ni-ZrO2的连接机制。结果 电流场有效地促进了工业气氛下金属-陶瓷界面的交互作用，当电子流由金属Ni指向ZrO2陶瓷时，界面反应层厚度随着电流密度的增大而持续增大；样品接头的连 接强度随着电流强度的增大呈先升高后降低的趋势，在1 200 ℃下通电（电流密度为 3.82 mA/mm2）5 min 时得到最佳剪切强度164 MPa。结论 施加直流电场引发的金属电迁移效应和固体电解质陶瓷中氧离子的定向运动是促进界面互扩散以及化学反应的重要原因，而局部的过度“失氧”容易导致陶瓷结构和功能特性丧失。与高真空环境相比，在工业气氛下界面附近较高的氧浓度抑制了陶瓷变质，使焊接接头在电流强度较 大时仍然保持了较高的剪切强度。
图1 焊接夹具示意图
图4 1 200 ℃、通电5 min、不同电流密度下样品的宏观形貌
图5 3YSZ-Ni 扩散偶在1 200 ℃、通电5 min、不同电流密度下的界面显微结构
图9 Ni-3YSZ 裂纹扩展示意图
1）在电流场促进3YSZ-Ni扩散焊中，高真空或高浓度惰性气体保护并不是必要条件，在工业气氛下 同样可以实现 3YSZ-Ni 的高强度连接，焊接强度可与高真空中的强度保持基本一致。
2）电流场能够有效驱动Ni/3YSZ体系的扩散连接，使之在较低温度和较短时间内完成。随着电流密度的增大，焊接反应层厚度持续增大；在电流密度为 3.82 mA/mm2、通电 5 min 条件下，扩散偶的剪切强 度可以达到164 MPa。
3）在电流促进下，焊接反应层均位于陶瓷侧， 金属-陶瓷间的扩散为金属向陶瓷的自扩散，而非两者的互扩散。
4）与真空相比，工业气氛下氧化锆陶瓷对电流的敏感程度较低，可有效减缓陶瓷的失氧速率，增大电流的调节区间，这有利于通过调控电流场参数控制陶瓷微观组织形貌。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.02.018
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
张耀豪，谷岩，李雪松，周杰等.工业气氛下电流场辅助Ni-ZrO2陶瓷扩散焊[J]. 精密成形工程, 2024, 16(2): 149-156.
Zhang Yaohao, Gu Yan, LI Xuesong, Zhou Jie et al. Current field-assisted Ni-ZrO2 ceramic diffusion welding under Industrial atmosphere [J]. Precision Forming Engineering, 2024, 16(2): 149-156.
