超声作用下活性钎料在石墨表面的铺展行为

本文采用超声波辅助铺展润湿技术,进行了活性钎料在多孔材料石墨表面的动态铺展实验。通过采用高速摄像技术对超声波作用下钎料铺展过程的外部特征进行捕捉、描述和分析,研究了超声波作用下活性钎料在石墨表面的铺展行为及其机理。研究结果表明,超声波在石墨表面振幅衰减很快,这使得超声波作用下的声致铺展作用在石墨表面很难进行,但随着石墨表面的孔洞被钎料填充,振幅衰减逐渐减小,声致铺展作用逐渐加强,在超声波功率足够大的情况下,液态钎料可以在石墨表面铺展。钎料表面氧化膜是阻碍钎料铺展的关键因素,通过施加超声波可去除钎料表面氧化膜促进钎料铺展。     

铝合金表面液态钎料声致铺展前沿氧化膜行为的研究

超声波钎焊技术始于上世纪30年代末,它无需钎剂即可实现铝合金、铝基复合材料、钛合金、陶瓷等难润湿材料的连接,被普遍认为是替代钎剂钎焊最有前途的方法。钎料/母材润湿界面氧化膜的去除是超声波钎焊中的一个主要问题,氧化膜的残留将严重影响钎焊质量。本文针对铝合金表面液态钎料声致铺展前沿往往存在氧化膜残留的问题,采用实验与模拟相结合的方法分析了氧化膜残留的特征、原因,并提出相应的消除措施。本文的研究工作对提高超声波涂覆、表面金属化以及超声波钎焊的质量具有重要意义。     

铝/石墨超声波辅助活性钎焊技术

采用Sn5Ag8Ti活性钎料,分别在真空下和采用超声波辅助钎焊技术在大气下对铝和石墨进行了钎焊,研究了超声波作用时间对钎料润湿母材与接头强度的影响,并从微观上与真空钎焊的接头形貌对比,研究了超声波作用下钎料在母材表面形成的微射流作用。结果表明,超声波作用2 s时钎料完全润湿铝,超声波作用6 s时,钎料完全润湿石墨,而且随着超声波作用时间的增加,钎料在母材上润湿的面积逐渐增大,钎焊接头的剪切强度也逐渐增强,超声波作用10 s时剪切强度达到最大值16 MPa。     

含铝、钛元素的镍基高温钎料的表面反应

研究了硼、碳合金元素和钎焊温度对含铝、钛的镍基高温钎料的表面氧化反应的影响。试验发现,在只含以硅作降熔点元素的镍基活性钎料中,在2×10~(-2)Pa的真空环境下加热,表面氧化反应十分严重,钎料颗粒氧化发黑,不铺展、不润湿;在加入0.15%碳元素后,表面氧化反应略有减弱;而在同时加入0.3%左右的硼元素后,钎料颗粒氧化发黑现象消失,表面脱氧化反应强烈,钎料的铺展和润湿性良好;而提高钎焊温度则对活性钎料的表面脱氧反应有利。     

泡沫石墨与铝合金的超声辅助钎焊技术

泡沫石墨具有密度小、导热性能优良等优点,该材料与铝合金连接而成的部件,在换热器、热管理器件、电子行业,尤其是太阳能电站有广阔的应用前景。采用超声波辅助活性钎焊技术解决了由于泡沫石墨与铝合金在大气条件下钎焊时存在的冶金不相容和物性不匹配问题。为此从活性钎料的设计和研制入手,通过成分设计,降低钎焊温度,减小活性元素烧损及氧化,改善钎料的润湿性。引入超声波,有助于钎料和基材表面氧化膜的破碎和清理并制定超声波辅助活性钎焊工艺规范,推动泡沫石墨的广泛应用。     

镍基及铁基合金真空钎焊时氧化膜去除及钎料铺展

本文使用高温显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X 射线能谱分析仪(EDX)、X 射线光电子谱仪(ESCA),荧光X 射线分析仪(XRFS),四级质谱气体分析仪(QPMS)等研究了镍基及铁基合金真空钎焊时氧化膜去除及钎料铺展现象。本文在分析了真空加热条件下有关表面和界面物理化学过程之后,提出和阐明了合金表面氧化膜去除的机理及不同类型的钎料铺展形态.     

超声振幅对石英玻璃表面钎料铺展行为的影响

研究不同振幅超声作用下Sn-9Zn共晶钎料液滴在石英玻璃表面动态铺展行为,并利用ANSYS ICEM CFD软件构建石英玻璃/钎料液滴二维流-固耦合的网格模型,在Fluent的2D求解器中进行数值模拟,分析不同振幅的超声对钎料液滴内部压力变化的影响。结果表明:当超声振幅为4μm时,钎料液滴最终铺展面积为0.193 cm~2;随超声振幅增加,最终铺展面积增大,超声振幅为6μm和8μm时,钎料液滴最终铺展面积分别为0.242 cm~2和0.395 cm~2。超声振幅一定时,随时间延长,钎料液滴铺展速率逐渐降低;随超声振幅增加,同一时刻钎料液滴铺展速率增大。未施加超声时钎料液滴内各位置压力均为正压,且压力值小于400 Pa,而施加超声后钎料液滴内部压力产生周期性正负交替变化,且随超声振幅增加,钎料液滴内部压力绝对值显著增加。当超声振幅为4μm时,钎料液滴内部压力绝对值最大约为700 kPa;超声振幅为8μm时,钎料液滴内部压力绝对值最大可达1400 kPa。钎料液滴上各点均存在类正弦变化压力,其声压偏移量沿液滴顶部向下逐渐增大,在下边缘位置处达到最大。由于钎料液滴受类正弦变化且偏移量不同的压力,液滴沿偏移量梯度方向流动,从而导致钎料液滴发生铺展,最终钎料液滴外观形态发生显著变化。     

松香ZnCl2基钎剂对Sn-Zn基无铅钎料润湿性的影响

以松香为载体,ZnCl2为活性剂,酒精为溶剂,乙二醇为添加剂,设计了不同钎剂配方,通过铺展性试验研究了钎剂成分对Sn-Zn基无铅钎料在铜上的润湿性的影响.研究结果表明:松香-ZnCl2-酒精-乙二醇钎剂的去膜作用是松香和ZnCl2共同作用的结果,随着钎剂中ZnCl2和松香配比的增加,钎料的铺展面积先增大后减小.钎剂中的酒精具有降低钎剂黏度的作用,酒精中的水分具有增强ZnCl2去除金属氧化膜能力的作用,从而使钎剂具有促进钎料在铜上铺展的能力,但是钎焊过程中钎剂飞溅大.钎剂中的乙二醇具有增大钎剂黏度,减少钎剂飞溅的作用,但具有降低钎料润湿性的作用.ZnCl2、天然松香、酒精和乙二醇进行适当配比配制的钎剂能明显改善Sn-Zn钎料的润湿性.     

铜磷锡药皮钎料的润湿性能研究

介绍了一种铜磷锡药皮钎料,分析了钎剂比例对铜磷锡药皮钎料润湿性能的影响。试验结果表明:有无钎剂下,铜磷锡药皮钎料均在紫铜上具很好的润湿性能,只是无钎剂下熔覆表面的氧化渣多;同时铜磷锡药皮钎料在黄铜上的润湿性能较差,无钎剂下几乎不铺展。无论在黄铜上还是紫铜上,钎剂量均要适量,过多的钎剂反而不利于钎料的润湿铺展。     

BAg45 CuZn 钎料表面化学镀锡的研究

在BAg45CuZn钎料表面进行化学镀锡,分析镀液温度、pH值、施镀时间对锡镀层的沉积速率和AgCuZnSn钎料中锡含量的影响规律,确定最佳工艺,并表征锡镀层的表面形貌和AgCuZnSn钎料的润湿性。分析表明:随着温度和pH值升高,镀层沉积速率和AgCuZnSn钎料锡含量均先升高,后降低;随着施镀时间的延长,沉积速率先增大,后快速减小,而AgCuZnSn钎料Sn含量逐渐增大。采用最佳工艺时,沉积速率达到13.6μm/h,锡镀层的表面平整、致密度高,所得钎料的Sn含量为2.45%,与基体BAg45CuZn钎料相比,其润湿性有大幅度提高,铺展性好。     

超声作用下Fe/Sn体系的润湿行为

采用润湿平衡法研究了超声波作用下熔融纯锡钎料在铁基板上的反应润湿性能. 通过测试锡铁体系的润湿力曲线,结合超声波的传播特性以及润湿后母材的微观形貌,对超声波作用下纯Sn钎料在母材铁片上润湿过程进行了详细描述,分析了超声波在润湿过程中起到的作用. 结果表明,在Sn/石英片润湿过程中附加超声波使得其润湿力增加. 在反应体系润湿力测试过程中附加超声波,能够减少钎料润湿母材的时间,增大钎料对母材的润湿力. 随着超声时间和超声功率的增加钎料润湿母材的时间减小,润湿力增大,固/液界面反应加剧,界面上生成了越来越厚、越来越致密的金属间化合物,使得母材表面相对于原始表面变得粗糙,从而润湿过程更容易进行,并且母材的表面张力的减小,使得润湿力增加.     

电迁移对石墨颗粒增强复合钎料接头组织的影响

研究了SnBi和SnBi+石墨复合钎料的电迁移性能,发现在SnBi复合钎料中添加石墨增强颗粒,导致该复合钎料的润湿性能降低,并且随着石墨含量的增加,其铺展系数越来越低。SnBi钎料在5A电流冲击下,晶粒首先在焦耳热的作用下粗化,随后在"电子风"的冲击下逐渐细化,从而硬度表现出先下降后上升的趋势。SnBi钎料在10A电流冲击下,由于电流较大,晶粒在"电子风"的冲击下逐渐细化,从而硬度表现出上升趋势。SnBi+石墨复合钎料在5和10A电流的作用下组织和力学性能变化均不明显,主要是由于石墨的加入提高了复合钎料的抗电迁移性能。     

高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料的超声波钎焊

研究了大气条件无钎剂作用下,SiC颗粒体积分数为55%的SiCp/A356 复合材料的超声波辅助钎焊的性能,在焊接过程中采用了Zn-Al钎料,研究结果表明,当超声波作用时间为0.5 s时,在钎料与复合材料界面处大部分位置氧化膜仍然连续.当超声波作用时间增加到5 s时,焊接接头区域的氧化膜完全消失,有一些铝枝晶从母材向Zn-Al合金中生长,使Zn-Al合金能够完全润湿复合材料基体合金,形成良好的冶金结合.并且随着超声振动时间的延长,液态Zn-Al合金能够逐渐润湿复合材料表面裸露的SiC增强相颗粒,接头的剪切强度由0.5 s的54.3 MPa增加到5 s的155.6 MPa,和母材的剪切强度接近(159.9～178.1 MPa).     

锡含量对Bi5Sb钎料铺展性能及抗拉性能影响

在Bi5Sb基体钎料中添加1%～8%Sn,研究锡对Bi5Sb基无铅钎料润湿性能及力学性能的影响.结果表明,在Bi5Sb钎料中添加适量的锡,可使Bi5SbxSn钎料熔点控制在270～280℃左右,与Bi5Sb钎料相比,变化不大,但钎料合金铺展性能和抗拉强度明显提高.当锡含量为8%时,Bi5Sb8Sn钎料合金钎焊铺展性能和...     

锡镀层对BAg50CuZn钎料性能的影响

以BAg50CuZn钎料为研究对象,在其表面电镀锡,借助扫描电镜(SEM)观察锡镀层的表面形貌,采用差热分析仪(differential scanning calorimetry,DSC)和润湿试验炉分析锡镀层对合金钎料熔化温度和润湿性能的影响,并对镀覆锡后合金钎料的成分进行了讨论.结果表明,随着钎料表面镀覆Sn元素含量增加,合金钎料的DSC吸热峰向左偏移、熔化温度降低,钎料的润湿铺展性能呈上升趋势.在镀覆Sn元素含量为4.8%(质量分数)时,合金钎料表面锡镀层平整、致密,钎料的铺展面积最大,为236 mm2.镀覆元素Sn后的钎料中,Ag,Cu,Zn元素含量均减少,元素含量降低幅度大小顺序依次为Cu,Ag,Zn.     

6063铝合金中温钎焊工艺

采用73Ai-20Cu-2Ni-5Si中温箔带钎料,对6063铝合金进行氩气保护炉中钎焊工艺研究。根据铺展、填缝试验,选择合适的表面处理方式、钎剂和钎焊规范,结果表明:3%CsF-AlF_3+97%KF-AlF_3无腐蚀钎剂具有较高的活性及较好的去膜效果,适合含Mg铝合金钎焊;化学清洗和物理清洗表面处理方式均能有效去除钎料表面氧化膜;使用3%CsF-AlF_3+97%KF-AlF_3钎剂,钎料在580℃,10 min规范下钎焊的剪切强度达到126 MPa;经固溶、时效处理后,钎焊接头强度明显提高,这种接头经盐雾腐蚀后接头剪切强度仍达到150 MPa。     

钎料中的锰在不锈钢真空钎焊过程中的作用

Ag—Cu钎料中的Mn优先渗透1Cr18Ni9Ti不锈钢上的氧化膜,同钎剂一样与不锈钢表面氧化物相作用,使氧化物变得可以被熔融钎料渗透。钎料熔化时富Mn—Cu 熔液超前于主体钎料沿氧化物—钢界面流布。母材金属在富Mn—Cu 熔液中的溶解使氧化膜剥离、破碎,为主体钎料的大规模铺展准备了条件。作为Mn 氧化反应的结果,真空炉中氧化性气体(主要是O_2和H_2O)的分压明显降低。     

元素锡,铟在银基钎料中的作用及其机理

研究了银基钎料中元素锡,铟对钎料铺展性能和接头的影响,分析了钎料的显微组织和锡,铟在钎料中的作用机理。试验结果表明,锡,铟是银基钎料中的有益元素,其最佳含量均为５％。     

化学镀锡层对BAg35CuZnSn钎料润湿性的影响

将化学镀技术用于钎焊材料领域,以BAg35CuZnSn钎料为研究对象,在其表面化学镀覆金属锡层,研究化学镀施镀时间、加热温度、保温时间对BAg35CuZnSn钎料润湿性的影响。结果表明,微米锡化学镀层可改善AgCuZnSn钎料的润湿铺展性能;随着施镀时间延长,钎料的润湿铺展面积逐渐增大;随着加热温度升高,保温时间增加,BAg35CuZnSn钎料的润湿铺展面积先增大后减小。在施镀时间为10 min、加热温度为820℃、保温时间为35s时,BAg35CuZnSn钎料的润湿性较好,此时其润湿铺展面积为460mm~2。     

Sn-Pb共晶钎料在铜基板及金属间化合物基板上的润湿动力学

对锡-铅共晶钎料63Sn-37Pb在Cu基板及Cu-Sn金属间化合物表面层基板上的反应润湿动力学特性进行研究.结果表明:63Sn-37Pb钎料在Cu基板上的铺展特性随界面反应过程中液态钎料中Sn组元的消耗而变化;钎料熔化后的初始铺展符合简单流体规律,随后在Sn组元充足的条件下钎料以稳定速率铺展;随着Sn组元的不断消耗,润湿机制呈现界面活性元素扩散控制的反应铺展特征;63Sn-37Pb在Cu-Sn IMC表面层基板上呈现出非常好的铺展能力,远优于其在Cu基板上的铺展.