Cu对铝/钢异种金属电阻点焊接头组织及性能的影响

研究了Cu对铝/钢异种金属电阻点焊的影响。结果表明,铝/钢接头具有熔-钎焊的特点,主要由熔核区和铝/钢界面区组成。熔核区主要为α-Al固溶体;界面区主要由Fe_2Al_5层和Fe_4Al_(13)层组成,是接头最薄弱的区域。Cu对界面区微观组织及接头力学性能具有明显的影响。随着纯Cu中间层厚度(0、50、100μm)增加,界面区宽度减小,接头拉剪力提高。这主要归因于Cu抑制了Al-Fe金属间化合物生长,改善铝/钢界面区的综合力学性能。因此,采用纯Cu中间层是提高铝/钢电阻点焊接头力学性能的有效途径。     

焊接速度对钢/铝异种金属激光深熔焊接头特性的影响

为了解决钢/铝异种金属焊接接头力学性能较低的难题,采用无任何填充材料的光纤激光深熔焊接方法,研究了不同焊接速度对钢/铝搭接接头焊缝成形、界面组织和力学性能的影响.研究结果表明,随着焊接速度从2.4 m/min增加到3.3 m/min,钢/铝接头焊缝成形不断改善,且在焊接速度为3.0、3.3 m/min时,获得良好的焊缝成形.钢/铝接头界面金属间化合物层由Fe_2Al_5和Fe_4Al_(13)相组成,且增加焊接速度明显减小Fe_4Al_(13)相的数量及界面Fe_2Al_5层的厚度.接头拉伸剪切试验结果表明,当焊接速度为3.0 m/min时,钢/铝搭接接头的机械抗力值最高达137.1 N/mm.     

Q235镀锌钢与5052铝合金CMT焊接工艺

为了实现汽车工业中车体制造的轻量化,将厚度均为1 mm的镀锌钢板与5052铝合金薄板采用冷金属过渡熔钎焊方法进行搭接焊实验,研究了工艺参数对焊缝宏观形貌、焊接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,Ar气保护下焊接接头的最大抗拉强度为128 MPa,金属间过渡层硬度为179. 4 HV,厚度约为5. 04μm. CO_2气体保护下焊接接头最大抗拉强度可达133 MPa,金属间过渡层硬度为194. 6 HV,厚度约为5. 68μm. CO_2保护可以改善焊接接头软化现象,但需调整热输入来控制金属间过渡层厚度.     

铝/镀锌钢焊接接头金属间化合物热力学分析

针对Al/镀Zn钢板Pulsed DE-GMAW焊接接头界面区金属间化合物相的确定性研究,在热力学基本定律的基础上,建立铝/镀锌钢板异种金属焊接接头界面Fe-Al-Zn相形成的吉布斯自由能变化的计算模型,得到Al/镀Zn钢板异种金属焊接接头Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物相形成的标准吉布斯自由能与温度的变化关系,分析界面Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物存在的可能性,并与焊接试验结果进行对比分析。模拟结果表明:所建立的热力学模型是合理的,在界面上形成Fe_2Al_5Zn_(0.4)金属间化合物,与试验结果基本一致,并推论了Fe_2Al_5Zn_(0.4)是在Fe_2Al_5与FeAl_3形成后,由于Zn扩散进入Fe_2Al_5的晶体空位所得到的。     

时效处理对CuCrSnZn/SnAgCu钎料接头界面及剪切性能影响

为了探讨引线框架铜合金与无铅钎料钎焊接头界面性能,采用扫描电镜及万能材料实验机,分析了引线框架用CuCrSnZn合金与SnAgCu系无铅钎料钎焊接头,在160℃时效不同时间的过程中界面形貌及接头剪切性能的演变过程.结果表明,时效前,钎焊接头界面处形成了一层长针状的Cu6Sn5;不同时间时效处理后,接头界面IMC层厚度有不同程度的增加,Cu6Sn5变长变粗,逐渐离开界面进入钎料内部,靠近铜合金片材基体的一侧会出现极薄的一层Cu3Sn层.无铅钎料钎焊接头时效25h剪切强度可到27.3 MPa,其后逐渐降低.未时效、时效25 h和50 h断裂发生在钎料基体内部,时效至300 h,断裂位置向界面金属间化合物处转移,剪切断口断裂形式逐渐由韧性断裂向脆性断裂转变.     

铝/钢异种金属焊接接头界面Al-Fe金属间化合物生成及其热力学分析

对铝/钢异种金属焊接接头界面进行了XRD和EDS分析,结果表明:在Al-Fe界面上主要生成Fe2Al5和FeAl3两种金属间化合物,以热力学基本定律为基础,建立了基于相图的Al-Fe金属间化合物形成的吉布斯自由能计算模型,利用该模型分别计算了各Al-Fe金属间化合物形成的吉布斯自由能随温度变化的关系。结果表明,生成Fe2Al5的吉布斯标准自由能比生成FeAl3的低,所以在铝/镀锌钢板的焊接过程中,Fe2Al5要比FeAl3优先生成。     

低碳钢与铝合金异种金属搭接激光-滚轮焊接

为了提高低碳钢与铝合金异种金属的焊接性能,采用激光-滚轮焊接工艺对低碳钢和铝合金搭接接头的焊接性能进行了研究,通过试验确定最佳工艺参数.采用激光显微镜和拉伸试验机分别分析了焊接接头组织和拉伸剪切性能.结果表明,随着激光功率的减少或焊接速度的增加,金属间化合物层厚度和接合宽度随之减小.随着滚轮压力的增加,金属间化合物层厚度随之增加.当金属间化合物层厚度为4～6μm,热输入量范围为375～800 J/cm时,拉伸剪切试样断裂位置均位于低碳钢母材侧.     

焊接能量对Cu/Al超声波焊接接头组织与性能的影响

采用超声波焊接技术制备了Cu/Al异种金属搭接接头,运用UT-325型热电偶测温仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)以及万能试验机对Cu/Al搭接接头进行了系统的研究。结果表明:随焊接能量增加Cu/Al界面处应力增大,导致界面摩擦力增大,产热量增加,原子活度和金属塑性流动能力相应增大,界面成形逐渐得到改善。此外,由于界面处应力分布不均,致使界面处金属发生塑性流动,形成漩涡状塑性变形。随焊接能量增大界面应力不均性更加显著,漩涡状塑性变形的程度增大。这种塑性变形会造成金属互锁,增大接头剪切力,接头最大剪切力达到3.72 kN。当焊接能量达到或高于1700 J时,Cu/Al界面处出现金属间化合物层,其主要组织为Al2Cu,接头断裂形式为韧-脆混合断裂。     

纳米TiO_2对SnAgCu无铅钎料组织和性能的影响

为提高钎料的抗热疲劳性,制备了添加纳米TiO_2的复合SnAgCu无铅钎料,对其组织、熔点、显微硬度和钎料接头力学性能进行了研究.结果表明,纳米TiO_2颗粒的添加明显细化了钎焊组织,改善了钎焊接头的力学性能和热稳定性能.其中添加0.5%纳米TiO_2颗粒的复合钎料具有最优的综合性能,与SnAgCu无铅钎料相比,熔点降低1.7℃,接头界面的金属间化合物(IMC)层厚度约为4.9 m,相比于SAC钎料(9 m)显著减小,抗拉强度和抗剪强度分别为69.3 MPa和72.6 MPa,分别提高了26.7%和21.2%.     

S355钢/6005A铝合金瞬间液相扩散连接接头组织与性能

采用纯Cu箔作中间层,将S355钢与6005A铝合金异种金属进行了瞬间液相(TLP)扩散连接。运用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)以及万能试验机对接头进行了系统地分析。结果表明:连接条件为580°C和15min时,接头界面出现分层结构;随着保温时间的延长和加热温度的升高,接头界面扩散区宽度逐渐变大,分层现象不明显,但在近钢侧的Fe-Al金属间化合物层会有裂纹出现。近钢侧Fe-Al金属间化合物层的显微硬度可达439HV。当连接条件为580°C和30min时,接头拉剪强度最高,为77 MPa。添加中间层Cu箔,连接初期产生共晶液相润湿钢和铝的表面,连接后期阻碍Fe元素和Al元素之间的互扩散,从而保证了接头的质量。     

T2/Al 1060CMT焊接接头组织及性能研究

采用冷金属过渡焊(CMT)技术对T2和Al 1060异种金属的焊接工艺进行研究。实验选用S301焊丝采用搭接方式在不同焊接规范下得到焊接接头,对接头物相及形貌进行观察和测试,研究焊接热输入对焊缝组织、力学性能及断裂特征的影响,测试焊缝的力学性能,讨论影响焊缝金属间化合物厚度的因素。结果表明:焊接接头处生成一层致密的金属间化合物,主要成分为CuAl_2、Cu_3Al_2、CuAl和铜在铝中的固溶体;随着焊接热输入的减小,金属间化合物层厚度不断减小,但焊接热输入过小时,焊缝润湿性差;焊接接头拉伸实验断口在接头处为脆性断裂;焊缝处维氏硬度高于两侧母材。     

采用BNi-2钎料真空钎焊0Cr18Ni9不锈钢管材

针对实际应用中常需要获得异型接头这一目的,采用BNi82CrSiB(BNi-2)钎料钎焊套接0Cr18Ni9不锈钢管材,研究了冷却方式、钎焊温度、保温时间和装配间隙对接头组织结构和力学性能的影响.结果表明:管材套接的特殊结构,填缝间隙对接头影响较大,当间隙过小为5~10μm时,易出现填缝不足导致无法形成完整接头,接头强度下降;但间隙过大为250~300μm,钎缝中形成大量脆性相并产生微裂纹;冷却方式对组织影响较小,但15℃/min的冷却速度所得接头强度较低;钎焊温度升高或保温时间延长,最大间隙值增大,母材出现溶蚀,性能影响较小.钎焊温度为1 050℃,保温时间为10 min,装配间隙为20~50μm,随炉冷却所得钎焊接头显微组织结构中未出现共晶组织和金属间化合物,接头性能最高.     

电子封装中的无铅Sn-3.8Ag-0.5Cu/Cu界面研究

针对钎料与焊盘间形成IMC层的厚度是影响可靠性的一个关键因素．对无铅钎料Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu盘进行了重熔,采用Olympus（光学金相显微镜）,SEM（扫描电镜）和EDX（能谱X射线）界面分析手段,研究了合金Sn-3．8Ag-0．5Cu与Cu焊盘接头的钎焊性和在焊接过程中IMC的形成与长大机理,探讨了IMC厚度与保温时间的变化规律．研究结果表明,无铅钎料合金Sn-3．8Ag-0．5Cu在钎焊务件下与Cu焊盘能够实现良好的连接,其连接层为Cu6Sn5金属间化合物,重熔时的IMC层生长基本上符合抛物线规律．     

铝/钢异种金属焊接接头组织与性能

采用冷金属过渡(Cold Metal Transfer,CMT)熔钎焊方法对6061铝合金和Q235镀锌钢进行对接焊接,采用金相显微镜、显微硬度计对焊接接头微观组织和硬度进行观察.结果表明:CMT技术可获得成形良好的铝/钢接头.随着焊接速度的降低,焊缝宽度增大;焊缝区为等轴晶和树枝晶组织,熔合区为柱状晶组织.硬度测试表明:接头的维氏硬度(HV)比母材低,过渡区硬度最高,为180,焊缝硬度较低,约为80,钢侧热影响区硬度为152,熔化区存在一定的软化.拉伸试验表明:试样在拉伸过程中发生明显的塑性变形,接头抗拉强度为134 MPa,为铝合金母材的72%.     

基于正交试验设计的铝/钢激光深熔点焊参数优化

通过激光匙孔点焊技术实现铝与钢的焊接. 通过正交试验方法对铝/钢进行激光匙孔点焊试验,研究时间、功率和离焦量对接头力学性能的影响程度. 结果表明,激光功率对铝/钢激光匙孔点焊接头的力学性能影响最大,离焦量次之,焊接时间影响最少,最优参数为激光功率2.85 kW、离焦量22 mm、持续时间3 s,拉伸载荷达到1470 N. 焊缝处生成锥形熔化区,界面处无裂纹,生成包含Fe₃Al、FeAl和FeAl₂等金属间化合物(IMCs),最大显微硬度(HV)达到810.     

金属间化合物对Sn-Ag-Cu无铅钎料钎焊接头性能的影响

采用扫描电镜、能谱分析、透射电镜、X射线衍射和电子衍射等分析手段,研究了Cu含量对Sn-Ag-Cu/Cu钎焊接头界面处生成的金属间化合物Cu6Sn5的生长形态对接头剪切强度的影响。结果表明:在Sn-Ag-Cu钎焊接头的界面处有扇贝状的Cu6Sn5金属间化合物的生成,调整Cu含量,可改变Cu6Sn5的形状和避免大柱状的Cu6Sn5生成,提高接头剪切强度,钎焊接头的断裂主要是韧性断裂。时效试验结果表明:当时效温度为室温、时间为1000 h时,Cu含量高的Sn-Ag-Cu钎料所生成Cu6Sn5的形态变化为长的空心截面六边形柱体,由于Cu6Sn5所形成的空心孔洞导致Sn-Ag-Cu/Cu界面成为强度弱区,从而使接头的剪切强度有所下降。     

镀镍层对铜铝金属间化合物的影响

采用CMT焊对已镀镍T2和Al1060进行焊接,对接头的形貌及物相进行观察和分析,研究镀镍层厚度对铜铝焊接接头组织及性能的影响规律。结果表明:镀层厚度随着镀镍时间的增加呈现先增加后减小的变化趋势;镀镍层的存在使焊接接头处有含镍相的存在,表明镍层有效地阻断了铜铝之间的相互扩散;随着镀镍层厚度的增加,焊接接头处铜铝金属间化合物厚度减小;焊接接头最大抗拉强度为70.77MPa。     

450℃下热镀锌工艺对高强TWIP钢耐蚀性的影响

对孪晶诱导塑性(TWIP)钢在纯Zn浴和Zn-Al浴中450℃热镀锌后的耐蚀性进行研究,分析热镀时间对镀层厚度的影响.利用金相显微镜、X线衍射(XRD)分别测试试样表层的显微组织和金属间化合物,并通过热浸时间和镀锌层厚度的拟合曲线研究Fe-Zn镀层的生长动力学.结果表明,镀锌层在基体上形成ξ(FeZn13),δ(FeZn7-10),Γ1(Fe11Zn39)和Γ(Fe3Zn10)4种物相.加入Al元素后可生成FeAl3抑制层,且FeAl3质量分数在10.43％～19.32％时起扩散阻挡作用,延缓ξ相的生长并抑制δ相在TWIP钢上的形成;极化曲线结果表明,浸Zn-Al浴300s的试样具有最佳耐蚀性.     

Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu焊点界面IMC演变

为了研究低银无铅焊点界面金属间化合物(IMC)的形成与演变,以低银无铅焊点Sn-Ag-xCu-Bi-Ni/Cu为研究对象,研究了钎料中Cu质量分数对界面IMC厚度、形貌和成分的影响.实验结果表明,随着钎料中Cu质量分数的增加,回流焊后焊点IMC层厚度变薄,IMC晶粒尺寸增大,IMC晶粒形貌由颗粒状转变为棱柱状以及鹅卵石状,同时界面IMC成分发生由(Cu,Ni)6Sn5向Cu6Sn5的转变.高温时效后,界面IMC层厚度增长.当钎料中Cu质量分数超过1%时,时效后生成较厚的Cu3Sn化合物层,对焊点可靠性不利.钎料中Cu质量分数应控制在1%以下.     

尺寸效应下的无铅微焊点研究进展

为了研究无铅微焊点在尺寸效应下的可靠性,综述了微焊点的界面反应机制,常用添加元素对微连接金属间化合物(IMC)的作用及微焊点在尺寸效应下的主要问题.分析表明,IMC层主要由两种铜锡化合物Cu6 Sn5和Cu3 Sn组成.微焊点的连接形式有焊盘小尺寸微焊点和微通孔焊盘无铅微焊点两种,柯肯达尔(Kirkendall)孔洞、电迁移及焊料尺寸都会对接头的力学性能、拉伸强度和剪切强度造成较大的影响.同时,压力钎焊等新工艺可以促进焊料中元素的扩散,从而对抑制接头组织中脆性相和提高钎焊接头强度有显著效果.