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。     

Mg/Al固相连接接头扩散界面区的显微组织

为了得出铝镁固相连接的最佳工艺参数,获得组织性能较好的连接接头,采用固相连接技术对Mg/Al异种材料进行焊接.利用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、能谱分析仪(EDS)和显微硬度计对扩散界面附近的显微组织、元素分布及硬度分布进行分析,并应用XRD对接头组成相进行了分析.结果表明:界面区形成了显著的新相化合物层,即生成了Mg2Al3、Mg17Al12等脆性金属间化合物,扩散反应区显微硬度范围为HV 280~HV 350,在加热温度为440℃条件下,施加压力为800 N时,组织性能较好,并且保温时间越长,获得的接头组织性能越佳.     

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。     

TiAl金属间化合物的强韧化及高温抗氧化分析

介绍了TiAl金属间化合物的室温脆性及高温氧化性，从复相组织化和复合材料化两方面分析了TiAl金属间化合物的强韧化，同时从元素合金化和表面改性两方面分析了其高温氧化性能的改善，进而对未来的研究提出了一些建议。     

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.     

钎焊温度对SiC/YG8接头微观组织的影响

在保温时间为5min、钎焊温度为940~990℃条件下,采用CuMnNi钎料钎焊SiC陶瓷与YG8硬质合金.利用金相显微镜、扫描电镜和能谱仪对接头的微观组织进行分析,研究钎焊温度对接头微观组织的影响.结果表明:在靠近SiC一侧生成一层带状反应层,主要由Cu基固溶体、硅化物、碳和碳化物组成;焊缝主要由基底Cu基固溶体以及Mn、Si、Co、Cu、Ni元素形成的化合物组成.随着钎焊温度的增加,焊缝的宽度减少,焊缝中心的Cu基固溶体基底减少,而化合物相增多.     

Ti-6Al-4V/Ni/ZQSn10-10的扩散连接

对钛合金Ti-6A l-4V与锡青铜ZQSn10-10异种金属扩散连接进行了试验研究。利用场发射电镜、能谱仪等对接合区的界面和组织形貌进行了分析比较。结果表明:Ti-6A l-4V/ZQSn10-10直接扩散连接时,由于母材组元的相互扩散和迁移,在交界面附近形成了金属间化合物层,接头强度仅为母材基体强度的30%左右。采用N i做中间层时,避免了母材组元Ti与Cu之间的相互扩散,只存在一定程度的N i分别与两侧的Cu、Ti之间的相互扩散,接头扩散区的组织形貌有了明显的改善。在最佳连接规范(连接温度T=830℃,连接压力p=15 MPa,连接时间t=30 m in)下,可使钛合金与锡青铜牢固地连接,接头强度达到母材基体强度的65%(达155 MPa),且连接试样无明显变形。     

铜铝系中金属间化合物形成机制的研究现状

在制备铜铝合金的过程中会有铜铝金属间化合物的形成,其中Cu9 Al4和CuAl2相作为铜铝金属间化合物中的两个典型,采用不同的制备方式很大程度上影响了两种金属间化合物形成的顺序.综述了机械合金化与热扩散工艺对铜铝金属间化合物形成的区别及联系.在机械合金化过程中,Cu/Al界面达到微纳米级尺度,非平衡相Cu9 Al4要优先于CuAl2相形成,随后相的转变与球磨工艺参数相关.然而在热扩散过程中因其Cu/Al界面远超微米级致使平衡相CuAl2优先形成,烧结温度及保温时间极大地影响了相的形成和生长.此外,从热力学和动力学的角度出发,明晰铜铝系中金属间化合物的形成机制以及Cu/Al界面处金属间化合物的生长规律,这对于调控Cu/Al界面处金属间化合物的形成及生长以提高铜铝界面的结合强度至关重要,以助于铜铝合金、铜铝连接件和铜包铝导线在电力系统、机械、微电子工业、冶金、航空航天等领域得到更好的应用.     

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。     

热压TiAl/Ti2AlC复合材料的相形成规律

采取原位热压方法，利用Ti、Al、TiC为原料合成了TiAl／Ti2AlC复合材料。通过X衍射图谱，分析了从600℃到1300℃该合成过程的相形成规律。Ti、Al、TiC的反应大致可分为2个阶段：900℃之前，Ti和Al反应生成TiAl金属化合物；900℃之后，TiAl金属间化合物和TiC反应并合成致密TiAl／Ti：AlC复合材料。讨论了这2个阶段的反应机及烧结产物的微观结构特点。     

Fcc结构Ti—Al合金的原子状态及其性质

在特征晶体模型基础上，引入特征原子的有效电荷概念，从第一原理出发利用特征晶体理论对Fcc结构Ti—Al合金系的无序固溶体、TiAl金属间化合物电子结构和晶体性质进行研究．其过程为：首先采用中心原子团簇模型，用密度泛函理论的离散变分方法确定特征原子的有效电荷；然后用密度泛函理论的线性Muffin-tin轨道法研究特征晶体的电子结构和性质；再根据特征晶体理论的叠加原理计算实际舍金的性质。得到固溶体的平衡晶格常数、结合能、体弹性模量随成分变化的关系曲线．计算结果表明．金属间化合物TiAl的平均原子体积和结合能与实验数据一致．     

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．     

Ti-Al金属间化合物的力热性能及其能带计算

为了比较Ti-Al合金中主要合金相的力热性能和电子结构的差异,对Ti-Al合金中的TiAl、TiAl_2、TiAl_3与Ti3Al金属间化合物的生成热、结合能、弹性系数、电子能带和电子态密度进行了计算,且计算中采用了基于密度泛函理论的第一性原理以及Materials Studio软件中的CASTEP软件包.结果表明,4种金属间化合物中Ti3Al相的合金化形成能力最强,结构也最稳定,Ti3Al相呈韧性,且抗变形能力和刚性最强.4种金属间化合物均无能量禁带,均属于金属性材料,其中Ti3Al相金属性最强,Ti A13相金属性最弱.     

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。     

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。     

TC4/ZQSn10-10扩散连接接头残余应力的数值模拟

对TC4/ZQSn10-10异种材料扩散连接接头处的残余应力分布进行了有限元模拟,并结合组织和应力分布讨论了接头的断裂原因。结果表明,TC4/ZQSn10-10接头的最大残余应力出现在金属间化合物Cu3Ti2上,导致裂纹在Cu3Ti2上萌生;最大剪应力也出现在Cu3Ti2上,最大剪应力的存在使裂纹得到扩展,最终导致接头断裂。通过填加中间层Cu可以缓解接头处的应力分布,使接头强度达到192 MPa,相当于铜合金母材强度的80%以上。     

复合活性钎料钎焊Cu与Al2O3的接头组织及性能

为改善紫铜与Al_2O_3陶瓷的连接强度,采用纳米-Al_2O_3增强的AgCuTi复合钎料(Ag Cu Tip)对紫铜与Al_2O_3陶瓷进行了真空钎焊.采用扫描电镜、能谱分析以及剪切试验对钎焊接头微观组织及力学性能进行了分析.钎焊接头典型界面组织为紫铜/扩散层/铜基固溶体+银基固溶体+Ti_2Cu+Ti_3(Cu,Al)3O/Al_2O_3.纳米-Al_2O_3的添加抑制了Al_2O_3侧反应层的生长,并促进钎缝中形成弥散分布的Ti_2Cu相.随着保温时间的延长,铜侧扩散层和Ti_3(Cu,Al)_3O反应层的厚度逐渐增大.保温时间为20 min时,铜母材向钎料过度溶解,降低了接头性能.当钎焊温度为880°C,保温10 min时,接头抗剪强度最高为82 MPa.纳米颗粒的加入细化了钎缝组织并降低了母材与钎缝热膨胀系数的不匹配,因此提高了接头的连接性能.保温时间可影响界面组织及反应层的厚度,进而影响接头的连接强度.     

5A06铝合金/镀锌钢预置涂粉对接激光熔钎焊组织与性能

通过预置金属粉末的方法实现了5A06铝合金/镀锌钢异种金属涂粉的对接熔钎焊连接,获得了具有熔焊和钎焊双重特征的对接接头。运用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析了接头微观结构和成分,并测试了接头力学性能。结果表明:界面处形成了厚度不均的锯齿状金属间化合物层,化合物层由Fe2Al5和FeAl3组成,厚度约2.5~7μm。在镀锌钢的上表面钎焊界面处,金属间化合物层最厚,其厚度随激光功率的增加而增大。采用预置金属粉末,在合适的焊接参数下,可以控制金属间化合物层厚度最大不超过10μm,得到具有一定抗拉强度的铝/镀锌钢对接接头。     

Ti-Fe-Cu合金的制备与性能

采用铜模吸铸法制备直径为3,6 mm的Ti64Fe18Cu18,Ti68Fe18Cu16,Ti70Fe18Cu12和Ti74Fe18Cu84种Ti-Fe-Cu合金圆棒,通过X射线衍射仪和光学显微镜观察该合金样品的微观组织结构,并对其进行压缩实验和抗腐蚀性能测试,研究合金样品的力学性能、抗氧化性能及耐腐蚀性能。结果表明:制备的Ti-Fe-Cu合金相主要是由立方cp2 Ti(Fe,Cu)金属间化合物和bccβTi固溶体组成;随着Cu含量的减少,Ti-Fe-Cu合金硬度和室温塑性逐渐增大,且最大压缩塑可达18%;此合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能,与传统的Ti-6Al-4V合金相比,其制造成本更低,性能更优异。     

Sn-Ag共晶钎料与Cu基板界面反应的热力学计算

为探讨热力学计算在无铅焊料的设计与研究领域中的应用,依据局部平衡理论,通过热力学相图计算,采用商业计算软件Thermo—Calc进行了计算与模拟工作．预测出250℃焊接温度下Sn—Ag共晶焊料与Cu基板界面处金属间化合物的形成序列;根据Scheil-Gulliver模型模拟了剩余液态钎料非平衡凝固过程,对相演变信息进行了预测．综合计算模拟结果,确定焊接接头的组织是由Cu6Sn5、Cu3Sn、、Ag3Sn和富Sn相（BCT—Sn）组成,有效地预测了界面反应行为,与实验结果吻合较好．