铜夹层厚度对真空电子束焊接Nb/304不锈钢对接接头微观结构与力学性能的影响机制研究

（编辑推荐）本研究通过引入不同厚度的Cu夹层，成功解决了Nb/304不锈钢电子束焊接(EBW)中的裂纹缺陷问题。研究发现0.9 mm Cu夹层可最优抑制Fe-Nb金属间化合物(IMCs)生成，使焊缝微观结构从α-Fe基体逐步转变为Cu固溶体主导，并保留μ(Fe7Nb6)反应层，最终使接头抗拉强度提升至Nb母材的60%（155 MPa）。该成果为超导射频腔(SRF)等关键部件的异种金属焊接提供了重要技术参考。

　　

Highlight
铜夹层厚度对Nb/304不锈钢真空电子束焊接接头的影响

实验材料与方法
实验采用纯Nb、纯Cu和304不锈钢基材（成分见表1），通过电子束焊接系统（加速电压60 kV，束流25 mA）在真空度5×10^-3 Pa下进行对接焊。通过调节Cu夹层厚度（0.3-0.9 mm）和电子束偏移量（0.3 mm向不锈钢侧），系统研究焊接参数对界面反应的影响。

焊缝形貌特征
随着Cu夹层增厚，焊缝从典型的"钉头"形貌（0.3 mm）转变为对称的"沙漏"形（0.9 mm）。能谱分析显示：0.3 mm组存在明显的Fe-Nb互扩散区，而0.9 mm组形成连续的Cu固溶体过渡层，有效阻隔了Fe/Nb直接反应。

微观结构演变
• 0.3 mm组：α-Fe基体中弥散分布ε(Fe₂Nb)莱夫斯相
• 0.5-0.7 mm组：出现Cu-Fe-Nb三元固溶体，μ(Fe₇Nb₆)相呈岛状分布
• 0.9 mm组：Cu固溶体完全取代α-Fe成为基体相，仅保留纳米级μ相反应层

力学性能突破
显微硬度测试显示：Cu夹层使焊缝硬度从450 HV（直接焊接）降至220 HV。拉伸实验表明，0.9 mm组接头强度达155 MPa，断口呈现典型韧性断裂特征，相较于传统焊接工艺提升近40%。

Conclusion
本研究证实Cu夹层通过"固溶强化+IMCs抑制"双重机制改善焊接质量，为超导器件异种材料连接提供了新思路。