材料接合技术对许多行业的发展至关重要，尤其是航空、汽车、造船、石油、石化、加工技术等要求和使用高级材料的行业。

由于接合用途的严格要求，扩散接合越来越受到关注。这种方法被广泛用于制造复杂形状的薄型金属零件。通过扩散接合的连接能够满足关于强度、韧性、密封性、耐热耐腐蚀性的最重要的结构的要求。

由于工艺在真空条件下进行，即使是活性金属，扩散接合部位的杂质含量也非常低。因此，真空扩散焊在复杂钛合金零件的制造中起着重要的作用。

图1.使用扩散接合工艺制造的涡轮叶片

扩散结的主要特征

扩散接合是一种对先进工程部件非常有吸引力的接合技术，特别是在传统焊接工艺降低热影响区材料性能的情况下。该技术对于不同金属的接合具有特殊的优点，避免了焊接工艺冷却时易在熔池中生成的脆性金属间化合物相。

扩散结又称扩散焊接，是通过界面原子的扩散在两个不同部件之间形成连接的过程。

扩散结利用了两个固体表面的原子随时间相互扩散的固体扩散原理。这通常需要对被接合材料施加高压和必要的高温。该工艺主要在真空室内进行。

通过正确选择工艺参数（温度、压力、时间），接合部位及其附近材料的强度和塑性可以达到与母材基体相同的水平。这是目前已知的唯一一种能够使金属与非金属的接合全部保持基材原有性能的技术。

该技术可以形成结构均匀、强度接近基材的高质量接合。在真空条件下操作不仅保护接合表面，而且避免进一步的污染（例如氧化），并且通过氧化物的分解、升华或溶解以及扩散到基材中来清洗接合表面。因此，在整个界面上不会产生冶金缺陷或空位。

不需要使用填料，是扩散接合的重要特征之一。扩散接合的产品不会像普通焊接或钎焊零件那样增加重量，也不需要后续机加工，因此不会损失高价值的金属材料。

另外，无论外形和截面多么复杂，都有能够接合零件的优点。实际上，该工艺在航空行业使用最多，能够可靠地接合蜂窝结构部件和多翅片通路管等本来难以制造的部件。

图2.TAV真空炉公司制造的扩散接合炉

应用扩散结

扩散接合对于交通运输业越来越重要，因为从轿车、卡车到飞机的各种交通运输工具为了降低燃料消耗、降低增加的燃料成本而追求轻量化。通过减少制造轿车、卡车、飞机用部件的壁厚，可以减轻其重量。

扩散结是高效反应器、热交换器和燃料电池制造的关键技术，在电信、机械工程、医疗和生物技术等领域使用的微结构部件的制造中也起着重要的作用。

如果使用合金钎料会影响零件的微细结构和密封性，则采用扩散接合代替精密钎焊。这种独特的接合方法也常用于制造加速器和微型冷却器，因为钎焊接头和钎焊脚改变了腔室的谐振频率或增加了较薄的热分流层，扩散接合可以避免这些问题。

在制造用于歧管、医用植入物、喷嘴、混合器和其它精密组件的微通道装置的垫圈组件时，通常也是优选的接合方法。最终应用温度极高，合金钎料有软化风险，降低触点强度时也能发挥本领。

各部件在使用扩散接合工艺进行连接时，可大幅降低宏观变形。这意味着产品可以达到优异的尺寸公差。特殊材料组合的适用性，以及钛合金接合的便利性，使得该技术越来越受到工业用户的青睐。

图3.TAV真空炉公司制造的台车式炉门设计的扩散结炉

钛（Ti）扩散结

强度高、重量轻、耐腐蚀性、生物相容性好是钛的基本特征。这种金属的比重比普通钢小，比铝大，但强度是铝的两倍。纯钛（Ti）很少像大多数单体金属那样直接使用，但钛的合金用途广泛。

钛合金在高温下保持高强度，耐腐蚀性优良，因此在航空行业中得到广泛使用。在一些先进机型中，很多零件都是用钛合金制造的，从蒙皮和发射器到液压管路和喷气发动机内部的零件。

海洋工程行业也对钛合金感兴趣。因为与海水长期接触的材料需要优良的耐腐蚀性。另外，钛耐腐蚀，生物相容性高，能与人体骨骼结合，因此在医疗行业也很受欢迎。从手术器械到整形棒、钉、板，医用钛合金已成为医疗领域不可缺少的重要材料。用钛和钛合金制成的零件在化工、汽车和核能产业的用途也在增加。

随着钛和钛合金的应用越来越广泛，这些材料的接合技术非常引人注目。但低氧分压容易氧化，因此在高温下非常活跃，焊接并不简单。

焊接钛的时候我想记住一件事。虽然泄漏也会导致脆化，但脆化是焊缝断裂的最重要原因。污染物可能是手指上的油污、润滑剂、切削油、涂料、污垢等。因此，钛和钛合金的优选接合方法是真空扩散接合。

真空扩散焊

钛是焊接难度最高的材料之一，易与氧结合，应严格保护。钛的焊接通常在真空室内进行。真空扩散焊通过控制温度、压力、时间和真空度来促进材料之间的界面原子扩散。

钛合金扩散接合需要热量，因此真空炉必须在高温下运行，必须通过高压氩气。真空可除去微量氢和其它蒸汽或气体（例如氮气、氧气和蒸汽）。

真空对确保零件的清洁度也起着重要的作用，这直接关系到接合的成败。真空可以在常温下去除产品携带的油脂和微量湿气，有助于判断接合工艺是否需要中断，以免污染物挥发影响工艺。必须维持真空直到达到接合温度。

气体压力仅在达到接合温度后增加到工艺设定点。由于工艺系统往往很大，需要使用相当数量的氩气。通过利用温度辅助增压，可以减少氩气的使用量。

高温和高压不是传统热处理真空炉的典型特征。它们有水冷真空室和加热室，后者将高温区与真空炉的冷壁隔开。高压气体降低加热室材料的绝热能力，另外，材料的通气性越大，降低的幅度越大。

在真空炉内真空扩散焊合钛合金时，炉温达到1000℃（1832°F）左右，压力为几十巴。在这种情况下，即使在高温区域也可以使用黑铅板进行绝热，但通过加热室的设计，保证垂直方向的热阻和绝热能力有变化（厚度不一致），通过对流补偿温度差。该方案与真空炉的一般设计完全不同（尽量对称以保证热辐射均匀性），厂家需要更多经验。