钛合金的密度较小且比强度高。金属钛的密度约为 4。51g/cm3 ，密度高于铝，低 于钢、铜、镍等常用金属。纯钛的抗拉强度最高可达 235MPa，与普通钢相似，但比 强度远远高于钢。因此，钛合金现在多用于飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件 及起落架。例如，军用飞机为了保证良好的作战性能，减少了铝合金的用量，F-15 战 机中仅使用了 35。5%铝合金，提高了钛合金含量[8]。

钛合金的热强度高，工作温度可达 500℃，比铝合金高几百度，在中等温度下任 然可以保持要求的强度，可在 450-500℃下长期工作[9]。可应用在航空航天发动机制造 中。

钛合金的耐腐蚀性好，钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于 不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、 硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。

钛合金的导热系数小。钛的导热系数为 13。84W/(m。K)，约为镍的 1/4，铁的 1/5， 铝的 1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降 50％。

1。3 钛合金与铝合金组成复合结构的重要意义及过程中主要特点与困难

1。3。1 钛合金与铝合金组成复合结构的重要意义论文网

钛合金与铝合金均具有比强度高，密度小，耐腐蚀性好的特点。运用这一特点， 铝合金和钛合金均大量应用在航空航天事业，例如：机身框架、整流罩、燃油箱、襟 翼翼肋等等。并且在以上用途中，铝合金和钛合金在一定条件下可以进行互换。

但是，钛合金的价格为 45。5RMB/kg，铝合金的价格为 10。1RMB/kg。(价格取自 2016 年 4 月 29 日)因此，用钛合金制造零部件成本远远大于铝合金，即铝合金具有良 好的经济性。因此，合理增加铝合金的应用量可有助于减少成本[10]。

此外，钛合金的导热性相对于铝合金较差，对于一些需要散热较快的部件，如芯 片制造，发动机冷却系统制造等，在满足较好的热强度的同时，也需要较好的散热性。

相应的，铝合金的硬度约为 145HV，钛合金的硬度约为 320HV。可见铝合金的 硬度普遍远远小于钛合金，在应用过程中较易变形，无法应用于装甲、抗冲击的部分， 此时需要增加钛合金的含量。

基于以上的原因与需求，钛合金-铝合金异质金属复合结构应运而生。钛合金与 铝合金异质金属复合结构充分利用钛合金和铝合金这两种金属在比强度、抗拉强度、 经济性、耐腐蚀性和热强性等方面各自优点，可以最大程度发挥两种金属材料的特性 潜力。

1。3。2 钛合金与铝合金焊接过程中主要特点与困难

总体来说，钛合金与铝合金焊接十分困难，钛合金与铝合金在冶金学上不相容， 两者均属于活性金属，极易氧化，物理化学性能差异较大，而且在焊缝处非常容易形 成大量脆性金属间化合物[11-12]。在室温下，这些金属化合物显示出强度高、延展性差、 易断裂等特点。因此，如何使钛合金与铝合金之间形成具有良好力学性能的接头是国 内外专家一直努力研究的课题。

钛合金与铝合金异质焊接过程的主要困难为以下几点：

1) 钛合金与铝合金金属活性较为活泼，均易形成致密氧化物。例如，钛在 600℃开 始氧化形成 TiO2。同时，铝在室温就易产生氧化膜 Al2O3。并且，Al2O3 的熔点为 2050℃，一旦形成便很难熔化，形成的氧化物会阻碍两种金属结合，在焊缝中形 成夹杂。此外，钛的熔点为 1677℃，比铝的熔点高了 1000℃，已经远远高于铝的

熔点，在焊接中，会造成铝的大量烧损蒸发，使焊缝化学成分不均匀，降低接头 强度[13]。