超声辅助电阻钎焊6063铝合金接头显微组织的演变

近年来,由于超声波独特的理化效应,在焊接过程中被广泛采用,在电阻钎焊过程中施加超声波能获得优质接头,但对于其机理还鲜有研究。本研究采用超声辅助电阻钎焊方法实现Zn-2Al钎料与6063铝合金的连接,研究了声场及电场对接头微观组织演变的影响。结果表明,钎焊过程中施加超声振动能够有效促进钎料与母材形成有效连接,减少缺陷从而形成良好冶金性结合的钎焊接头,且钎缝层微观组织更加均匀细小。另外,超声功率和电流强度均对钎焊过程的溶蚀有显著影响,随着超声功率,母材的溶蚀加剧,钎缝中Al含量增加,共析α-Al相增多;而随着电流的增大,初晶α-Al相增多。     

超声波作用下Al/Zn-14Al/Cu钎焊接头的显微组织及力学性能

采用Zn-14Al过共晶焊料并借助超声波振动对Al/Cu异质金属进行了无钎剂钎焊连接,研究了在420℃超声钎焊不同时间时接头显微结构及力学性能的影响。研究结果表明,随着超声振动时间的延长,钎缝层中的α-Al相减小,Zn-Al共晶相和CuZn_5相增多,Cu界面反应层由以CuZn_5相为主逐步转变为Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相。接头的剪切强度随钎焊时间的延长呈现先增加后减小趋势,钎焊时间为8 s时接头获得了最佳的剪切强度82.6 MPa。     

微机控制钎焊Cu/Al焊接接头的组织与性能

采用微机控制固定间隙超声波辅助汽车零部件焊接中Cu/Al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃时制备Cu/Zn-3Al/Al钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-Al共晶、α-Al树枝状晶和CuZn5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,发现钎缝层由α-Al树枝晶、CuZn5相和Al4.2Cu3.2Zn0.7相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度为1.3μm,整个界面层厚度为3种钎焊温度下的最低值,此时钎焊接头的抗拉强度最大。     

PLC控制钎焊Cu/Al焊接接头的组织与性能研究

采用PLC控制固定间隙超声波辅助Cu/Al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃下制备Al/Zn-3Al/Cu钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-Al共晶、α-Al树枝状晶和CuZn_5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,钎缝层由α-Al树枝状晶、CuZn_5相和Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度1.3μm,整个界面层厚度为三种钎焊温度下的最低值,此时取得钎焊接头抗拉强度最大值。     

放电电压对Cu/Al管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊质量的影响

针对Cu/Al管连接,提出磁脉冲-半固态复合辅助钎焊新工艺。基于LS-DYNA对钎焊过程进行多物理场仿真分析,研究不同电压下半固态钎料流变规律及管壁受力情况。采用Zn-15Al钎料进行钎焊试验,考察了接头的力学性能及显微组织。结果表明:当二次放电电压为7 k V时,钎料与母材实现了良好的冶金结合,接头铝侧区域形成α-Al和金属间化合物CuZn_5,钎料层则出现α-Al、富锌相以及CuZn_5,铜侧区域形成大约4μm的扩散层、锯齿状三元相Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_0. 7以及α-Al和花状CuZn_5。拉伸测试结果表明接头强度高于Al母材,磁脉冲-半固态复合辅助钎焊新工艺能实现Cu/Al管的有效连接。     

SiC_P/Al复合材料的钎焊工艺研究

采用Zn98Al和Zn72.5Al两种Zn-Al药芯钎料对SiCP/Al复合材料进行氩气保护钎焊试验,研究了钎焊温度和保温时间对接头剪切强度及显微组织的影响。结果表明,用这两种钎料在氩气保护炉中钎焊SiCP/Al复合材料,可以获得质量良好的钎焊接头。对Zn98Al钎料,当温度为490℃、保温45min时可获得剪切强度为71.01MPa的钎焊接头;而Zn72.5Al钎料,在温度为560℃、保温11 min时可获得剪切强度为63.71MPa的钎焊接头。两种钎料的钎焊接头显微硬度均略低于母材。两种接头钎缝区的XRD相结构分析发现,钎缝中都只存在α(Al)和β(Zn)两相;接头断口扫描观察显示,接头整体呈韧性断裂特征。     

保温时间对Cu/Al钎焊接头界面组织和性能的影响

采用Zn -40Sn钎料通过感应钎焊实现了Cu/Al的可靠连接.研究了钎焊时间对接头界面组织和性能的影响规律.研究结果表明:随着钎焊时间的延长,母材侧反应层厚度增加,Cu,Al元素扩散加剧,金属间化合物增多.当感应电流I=12 A,钎焊时间t=15 s时,接头抗剪强度最高为45.5 MPa.接头断裂于铜侧金属间化合物层处,随着钎焊时间的延长,该处Al4.2 Cu3.2Zn0.7相增多,Cu - Zn相减少,断裂发生在二者混合区.通过合理的优化钎焊时间,在保证充分焊合的情况下尽量减少金属间化合物的含量可以获得强度较高的钎焊接头.     

Al2O3弥散强化铜与T2铜的真空钎焊研究

用Ag-Cu-Ti钎料对Al2O3弥散强化铜与T2铜进行真空钎焊.研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和性能的影响.结果表明:温度过低,钎料与母材相互冶金作用不强,结合不紧密;温度过高和保温时间过长,钎料向Al2O3弥散强化铜中毛细渗入严重,钎缝出现虚焊,接头强度下降.钎缝组织主要为Cu的同溶体与Ag的同溶体.     

SiCw/6061Al复合材料无钎剂加压钎焊

提出一种新的钎焊方法－－无钎剂加压钎焊,采用Zn-Al钎料进行了SiCw/6061Al复合材料的焊接试验,研究了温度、压力两工艺参数对接头强度及微观组织的影响规律,并初步分析了辅助工艺－机械刮擦的作用。试验发现,温度和压力是至关重要的钎焊工艺参数,当温度在400－450℃,压力为30MPa时,接头拉伸破坏于钎缝处,强度达到263．3MPa,为母材抗拉强度的85％－90％。采用扫描电镜分析断口,发现其形貌为小韧窝＋准确理＋SiC晶须,还存在被拉伸拔掉的SiC晶须残留的凹坑,这证明了SiC晶须在钎缝中的强化作用。X射线衍射相结构分析表明,断口是由α-Al(Zn)固溶体基体上均匀分布着SiC晶须组成,这同时表明钎缝主要有α-Al（Zn）基体＋SiC晶须组成。     

Zn-Al钎料成分对Cu/Zn-Al/Al钎焊接头界面结构及性能的影响

分别采用Zn-15Al,Zn-22Al,Zn-28Al,Zn-37Al和Zn-45Al钎料钎焊获得Cu/Al接头.利用SEM,EDS和XRD研究了Zn-Al钎料成分对Cu/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构的影响,并系统阐述了Zn-Al钎料成分-接头界面结构-接头抗剪切强度之间的关系.研究发现,Cu/Zn-15Al/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7,且Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层较薄,其厚度为2~3μm,接头具有较高的抗剪切强度,达66.3 MPa.随着钎料中Al含量的提高,在Cu/Zn-22Al/Al接头界面处Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层的厚度逐渐增大,甚至在Cu/Zn-28Al/Al接头的Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层附近出现少量的Cu Al2,接头的抗剪切强度逐渐降低.当采用Al含量较高的Zn-37Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7/Cu Al2;脆性Cu Al2层的出现,使接头抗剪切强度大幅下降,为34.5 MPa.当采用Al含量最高的Zn-45Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Cu Al2,接头抗剪切强度最低,为31.6 MPa.     

超声波辅助泡沫Ni/Sn-9Zn复合钎料低温钎焊7075-Al接头组织及性能研究

利用泡沫Ni增强Sn-9Zn复合钎料并结合超声波辅助无钎剂钎焊方法制备了Al/Sn-9Zn/Al钎焊接头,研究了超声波振动时间和钎焊温度对接头显微组织和抗剪强度的影响:研究结果表明:钎焊时间较短时,接头界面的冶金结合较差;随着钎焊时间的延长,在16 s时接头的结合情况最好,此时抗剪强度最高达到71.25 MPa;时间继续增加时,Ni有充分的时间向界面层扩散与Al结合出现脆性金属间化合物层;当钎焊时间一定时,不同的钎焊温度对接头抗剪强度的影响不大,但是在280℃能够得到成形较好的接头。     

超声波辅助Zn-14Al过共晶钎料钎焊Cu/Al接头显微组织演变规律研究

采用固定间隙超声波辅助钎焊工艺制备了Zn-14Al过共晶钎料钎焊Cu/Al异质金属接头,研究了在不同钎焊温度和钎焊时间时Cu/Al钎焊接头显微组织的演变规律。研究结果表明:无钎剂超声波辅助钎焊接头冶金结合良好,钎焊温度至410℃时,铜界面润湿良好,产生不连续CuZn_5层;随着温度进一步升高,界面层连续化,并逐步向Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相转变;440℃时,Cu界面层完全转变为Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相;同时发现随着钎焊时间的延长,界面CuZn_5相也会向Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相转变。     

采用复合钎料加压钎焊70%SiCp/Al复合材料

采用机械球磨的方法制备了Al-Si-xSiC(x为体积分数)复合钎料,采用复合钎料实现了70%SiCp/Al复合材料的加压钎焊连接. 利用SEM和EDS确定了钎缝是由α-Al,Si,SiC,Al₂O₃等相组成. 结果表明,在压力作用下SiC颗粒被固定在钎缝区而使得钎缝区的组织类似于复合材料,钎缝中一定的SiC颗粒可以缓解母材与金属钎料之间的热膨胀系数之差,从而减小了焊接残余应力,可以提高接头的强度,而钎焊施加一定的压力则可促进钎料与SiC颗粒的润湿性. 工艺适当时,接头最高强度达到125.7 MPa.     

SiC_p/2024AlMMC颗粒暴露及钎焊行为分析

介绍了焊接参数对SiCp/2024Al铝基复合材料的真空钎焊组织和性能的影响.焊前利用颗粒暴露技术将复合材料表面颗粒部分暴露,并利用真空气相沉积使暴露表面合金化.使用M6钎料,在不同的钎焊工艺参数下对复合材料进行焊接.结果表明,焊接温度过低或者保温时间过短,钎缝结合面有残留的Cu,钎料对复合材料润湿不好.随钎焊温度增加,保温时间的进一步延长,Cu与Al基体完全反应,促进了钎焊过程.但随着钎焊温度和保温时间的进一步增加,母材中出现过烧导致的气孔.钎焊接头X射线衍射试验表明,接头中没有Al4C3脆性相生成.拉伸试验表明,钎焊参数为620℃,保温20min时,接头抗剪强度最高,达到202MPa.断口分析表明,钎料对复合材料的不润湿,复合材料过烧导致气孔,复合材料中颗粒的聚集是导致接头强度下降的主要原因.     

TiAl基合金与Ni基合金钎焊连接接头界面组织及性能

采用BNi2钎料实现了TiAl基合金与Ni基高温合金的钎焊。采用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等手段对钎焊接头的界面组织结构及生成相进行分析,并对接头的抗剪强度进行测试。结果表明,钎焊接头的典型界面结构为：GH99/(Ni)ss (γ)+Ni3B+CrB+富Ti-硼化物/TiNi2Al/TiNiAl+Ti3Al/TiAl;随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,较多的B和Si元素扩散进入两侧母材,导致钎缝中硼化物数量减少,而TiAl/钎缝界面的TiNi2Al和TiNiAl+Ti3Al金属间化合物层厚度增加;当钎焊温度为1050 ℃,保温时间为5 min时,接头的抗剪强度达到最大为205 MPa,接头主要断裂于TiNiAl金属间化合物层。当钎焊温度升高或保温时间继续延长时,TiNiAl厚度显著增加,导致接头强度下降     

高体积分数SiC_P/6063Al复合材料真空钎焊工艺及润湿机理研究

采用Al-Si-Cu-Mg-Ni五元合金钎料对60vol%SiC P/6063Al复合材料进行真空钎焊,研究了钎焊温度和保温时间对其接头剪切强度的影响,并利用金相显微镜、扫描电镜及能谱分析的方法对接头形貌及界面组织进行了观察分析。结果表明,随着钎焊温度和保温时间的增加,熔融钎料对复合材料的润湿性提高,钎料通过扩散与基体形成冶金结合,在565℃保温12 min后,接头剪切强度最大89.6 MPa,但在高温下随着保温时间的延长,钎缝中Mg元素蒸发聚集形成气孔,从而导致接头结合强度降低。     

Al-60Si合金低温超声波辅助钎焊接头微观组织与力学性能

采用SnAgCu钎料对Al-60Si合金进行了超声波辅助低温钎焊,发现Ag元素可以与Al元素结合形成一层Ag2Al,促进钎料对母材的润湿和溶解.研究了钎焊温度及超声波作用时间对接头力学性能与微观组织的影响.结果表明,随着钎焊温度的升高,钎缝中的硅颗粒平均质量分数随之增加,由焊接温度240℃时的1.11％提高至钎焊温度3...     

SiCp/2024Al复合材料激光钎焊

采用激光填丝钎焊方法对厚2 mm、体积分数45%的Si Cp/2024Al复合材料接头进行钎焊工艺研究。研究不同工艺参数下的钎缝成形特征,观察接头的组织形貌,对不同热输入条件下的接头进行力学性能评价。结果表明:采用矩形光斑,60°V形坡口,激光功率2 300 W,焊接速度5 mm/s,送丝速度8 mm/s进行钎焊,可获得较好的钎缝成形;接头的最大抗拉强度为86.5 MPa;接头强度与进入钎缝的Si C颗粒有着紧密联系,在合适的工艺条件下,熔化的钎料能够与母材形成良好的结合,Si C颗粒不进入钎缝,阻止了Al4C3脆生相的形成,从而获得力学性能最优的钎焊接头。     

外能辅助作用下的Cu/Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头的时效断裂机制

在超声振动和电场辅助作用下进行了SnAgCuRE系钎料的钎焊试验。为模拟电子产品真实服役环境将钎焊接头进行时效处理,借助于现代理化检测手段研究了时效钎焊接头的力学性能及其断裂机制。结果表明:在温度150℃、时间200h的条件下对钎焊接头进行时效处理验证了超声功率88W、超声时间60s和电场强度2kV/cm外能辅助条件下进行钎焊可明显改善接头的剪切强度。钎焊接头的断裂途径与断裂机制发生明显变化。无超声电场作用钎焊接头在IMC层发生脆性断裂;超声振动辅助下钎焊接头在IMC层和钎缝的结合面发生脆性和韧性的混合断裂,主要由颗粒状的IMC相和局部的"抛物线"剪切韧窝组成;超声振动和电场辅助作用的钎焊接头在钎缝发生韧性断裂,主要由尺寸较大的"抛物线"剪切韧窝组成。     

SiC_p/Al激光诱导钎焊接头界面行为及性能

针对T/R模块壳体结构封装的特殊性,提出了激光诱导钎焊方法并建立其机理模型.以增强相体积分数为55%的Si CP/Al复合材料为母材,根据激光诱导温度场的特殊性,采用Al Zn25Si1,Zn Al7,纳米铝粉,微颗粒锡4种钎料对铝基复合材料进行了氩保护气氛钎焊试验,利用扫描电镜和EDS能谱分析的方法对钎焊接头的界面结合和断口形貌进行了研究.在保证接头材料表面不受热损伤、且搭接界面钎料熔化的特殊温度场的条件下,确定了激光的参数.结果表明,低熔点的Zn Al7、纳米铝粉钎料容易得到良好的接头,界面层通过扩散实现了冶金结合,断口分析表明,钎焊接头的断口位于钎缝偏于母材内一侧,具有一定的连接强度.