采用Au基钎料真空钎焊Al2O3陶瓷

首先选用AgCuTi活性钎料在880℃/10 min参数下对A1₂O₃陶瓷表面进行金属化处理,之后尽量去除金属化层中的AgCu共晶组织,然后选用两种Au基高温钎料在980℃/10 min参数下对金属化后的A1₂O₃进行了钎焊连接.结果表明,在Al₂O₃/Au-Ni/Al₂O₃接头中靠近Al₂O₃母材的界面处生成一层薄薄的扩散反应层,该反应层主要由TiO₂和Al₂O₃组成;在Al₂O₃/Au-Cu/Al₂O₃接头中同样存在扩散反应层,与前者不同的是,接头中检测到Ti-Au相的存在.分别对Au-Ni和Au-Cu两种钎料获得的Al₂O₃接头进行了抗剪强度测试,前者对应接头强度为95.5 MPa,后者对应接头强度达到102.3 MPa.     

BaCe0.7Zr0.1Y0.1Yb0.1O3-δ质子导电陶瓷与不锈钢的空气反应钎焊分析

针对质子陶瓷燃料电池堆中BaCe_0.7Zr_0.1Y_0.1Yb_0.1O_3-δ (BCZYYb)质子导电陶瓷与Crofer22APU不锈钢的连接难题展开研究,探究了Ag-CuO钎料在BCZYYb陶瓷表面的润湿性能,分析了CuO与陶瓷反应对钎料润湿的驱动作用. 研究了Ag-CuO钎料的空气反应钎焊工艺,在1010 ℃/20 min工艺条件下实现了质子导电陶瓷与不锈钢的无缺陷连接,分析了接头两侧界面连接特性以及接头元素分布规律. 结果表明,CuO与陶瓷基体中BaO的反应促进了钎料润湿,钎料扩散进入陶瓷基体形成了较厚的渗透层,CuO与不锈钢保护层 (Mn, Co)₃O₄的反应促进了保护层致密化,保护层在连接过程对不锈钢基体起到了良好的保护作用. 系统分析了CuO含量对接头组织与性能的影响规律,采用Ag-CuO(2%,质量分数)钎料获得了最高接头剪切强度(21.6 MPa),综合评定了钎缝两侧界面反应对接头性能的影响.     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

直流电热冲击辅助多组分氧化物钎焊SiC陶瓷的工艺及性能

开发了一种直流电热冲击辅助高温钎焊新技术,成功实现了18.77Gd₂O₃?4.83Y₂O₃?28.22TiO₂?8.75ZrO₂?39.43Al₂O₃多组分氧化物钎料与SiC陶瓷母材之间的钎焊连接. 加热元件采用碳纤维编织体,在20 A直流电流及800 W截断功率下,实现了最佳剪切强度为136.27 MPa的SiC钎焊接头. 多组分氧化物钎料中Al₂O₃及TiO₂组分对实现良好的SiC陶瓷钎焊接头至关重要,其中TiO₂组分与SiC在高温下发生反应从而在界面处生成厚度约为10 μm的富Ti界面反应层,Al₂O₃相向母材中渗入而形成的枝状通道起到钉扎效果,有利于提升钎焊接头整体强度. 热输入过大时,SiC母材严重分解,大量C元素向钎缝区扩散,导致钎缝区出现明显裂纹缺陷,剪切强度降低至约60 MPa,断裂完全发生于钎缝区.     

DD3高温合金与Ti3AlC2陶瓷的真空钎焊

通过对比试验优选出了合适钎料,并进行了后续钎焊试验.在钎焊温度800~900℃,保温时间为10 min的条件下,采用Ag-Cu-Ti钎料实现了DD3镍基高温合金与Ti₃AlC₂陶瓷的真空钎焊连接.利用扫描电镜、能谱仪、XRD等对接头的界面结构进行了分析.结果表明,接头的典型界面结构为DD3/AlNi/Al₃(Ni,Cu)₅+Al(Ni,Cu)+Ag_ss/(Al,Ti)₃(Ni,Cu)₅/Al₄Cu₉+AlNi₂Ti+Ag_ss/TiAg/Ti₃AlC₂.接头的力学性能测试表明,在钎焊温度为850℃,保温时间为10 min的条件下,接头的最高抗剪强度可达135.9 MPa,断裂发生在靠近钎缝的Ti₃AlC₂陶瓷侧.降低和提高钎焊温度对接头界面组织影响不大,但接头强度有一定程度下降.     

AgCu+SiC复合钎料中SiC含量对Al2O3/TC4接头组织和性能的影响

采用AgCu+SiC复合钎料钎焊连接了Al₂O₃陶瓷与TC4钛合金,研究了SiC增强相含量与钎焊温度对接头组织与性能的影响,发现接头的典型组织为Al₂O₃陶瓷/Ti₃Cu₃O/Ag基固溶体+Cu基固溶体+TiC+Ti₅Si₃/TiCu₂/TiCu/TC4钛合金. 陶瓷一侧的反应层随着钎焊温度的升高而变厚,随着增强相含量的增加而变薄,当增强相含量较少时,反应产物呈弥散分布,当增强含量较多时,反应产物发生了团聚现象. 钎焊的反应产物随着钎焊温度的升高由团聚分布变为弥散分布. 接头的抗剪强度随着增强相的含量与钎焊温度的升高先增加后降低,当增强相含量为3%（质量分数）,钎焊温度为870℃时达到最大,为98 MPa.     

以Si-CaO/Al2O3-Si为连接层的C/C复合材料扩散连接接头微观组织及其剪切强度

CaO/Al₂O₃用于SiC之间的扩散连接，具有接头强度高、连接可靠等优点，但CaO/Al₂O₃与C/C复合材料的润湿性差，不宜直接用于C/C复合材料的扩散连接。为解决C/C复合材料难以焊接以及连接接头强度较低的问题，本文采用Si-CaO/Al₂O₃-Si复合夹层作为连接层，对C/C复合材料进行扩散连接，通过Si与C/C在高温下反应生成SiC以及SiC与CaO/Al₂O₃之间的相互作用，获得高强度接头。结果表明，随着保温时间的延长，接头的剪切强度先升高后下降。1500℃保温90 min的接头，剪切强度达到38.17 MPa，连接接头内部形成“富Si的过渡层-中间层-富Si的过渡层”对称结构，接头中生成的物相主要包含SiC以及由Al₂SiO₅、SiO₂、CaAl₄O₇等构成的复合玻璃相，剪切断裂主要发生在C...     

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.     

Al2O3陶瓷Ti+Nb/Mo金属化对其与Kovar合金钎焊连接的组织和力学性能的影响

采用磁控溅射在Al₂O₃陶瓷表面沉积了Ti+Nb/Mo金属层,实现了氧化铝陶瓷的金属化,并通过电镀镍提高了金属化效果.采用AgCu28钎料,实现了金属化Al₂O₃陶瓷与Kovar合金的可靠连接.通过扫描电子显微镜和能谱观察了钎缝的微观组织.结果表明,钎料与母材发生了明显的界面反应.Cu元素扩散进入Kovar合金,同时Ni元素扩散进入钎料的富铜区,从而促进AgCu/Kovar连接界面的形成;金属化层在Al₂O₃/AgCu钎料界面处,起到了关键作用,其中铌可以抑制脆性化合物形成,缓解残余应力.金属化层镀镍后,钎缝中AgCu共晶区明显,且钎缝较宽,对提高镀镍试样的钎焊接头强度有一定作用.     

钎焊时间对K9玻璃/B2O3-Bi2O3-TiO2/纯钛钎焊接头组织和性能影响

采用B₂O₃,Bi₂O₃,TiO ₂ 混合钎料,通过钎焊连接方法实现K9玻璃与纯Ti在低温下的连接;通过光学显微镜和SEM等方法研究钎焊时间对接头界面组织及性能的影响. 结果表明,当B₂O₃:Bi₂O₃:TiO₂成分为5:4:1时,钎焊温度为650 ℃,保温时间分别为60,80和100 min时,抗剪强度分别为11.5,15.1和12.1 MPa. K9玻璃/钎料结合致密,且存在反应层,而纯Ti/钎料侧界面平直,没有明显的过渡层和熔解现象. 接头断裂一种为完全断裂在金属与钎焊层的脆性断裂,抗剪强度为11.5 MPa;另一种为部分断裂在金属与钎焊界面处,部分断裂在玻璃侧的混合断裂,混合断裂接头抗剪强度最高为16.7 MPa.     

Al2O3/Ti生物相容连接接头微观组织及力学性能

文中对Al₂O₃陶瓷和金属Ti表面磁控溅射Mo和Ti金属层,以纯Au箔钎料,研究连接工艺及Ti金属化层厚度对连接接头微观组织和力学性能的影响.结果表明,焊缝主要由Au钎料和（Au,Mo） ss构成,（Au,Mo） ss中含有少量（Ti,Mo） ss和TixAuy金属间化合物.另外,在Al₂O₃/钎料界面处及焊缝中存在少量呈条状分布的TiO₂和Ti_xAl_y金属间化合物.连接工艺及Ti金属化层厚度主要影响各物相的数量及分布状态,通过影响焊缝中固溶体的分布均匀性及金属间化合物的数量而影响接头抗剪强度.当连接温度为1 080℃、保温时间为5 min、Ti金属化层厚度为0.2 μm时,接头的抗剪强度达到最大值138 MPa.     

Development of moderate temperature CVD Al2O3 coatings

Chemically vapor deposited Al₂O₃ coatings, due to their high hardness and chemical inertness, are currently the state of art in the cutting tool industry. The conventional high deposition temperature of about 1050 °C for Al₂O₃ coatings, based on the water–gas shift process, has to a great extend restricted the development of several hybrid coatings, such as TiC/TiN/TiCN/Al₂O₃. To overcome this limitation, alternate systems to deposit Al₂O₃ at moderate temperatures have been investigated. Systems using NO–H₂, H₂O₂, NO₂–H₂ and HCOOH were identified and thermodynamic calculations were performed to evaluate them as potential sources of oxygen donors to form Al₂O₃ in the moderate temperature range of 700–950 °C. Preliminary results have clearly demonstrated that it is possible to grow moderate temperature alumina (using such alternate sources) on the TiC/TiN coated cemented carbide substrates.     

铝微粉对大气环境感应钎涂金刚石涂层性能影响

金刚石钎涂是材料表面修形提性的重要技术手段,由于金刚石的超硬特性使得钎涂涂层中金刚石与钎料的性能难以匹配. 在镍基钎料中加入铝微粉,研究Al对涂层组织及耐磨性的影响. 结果表明,Al的添加降低了金刚石钎涂层孔隙率,同时钎涂过程中在基体内原位生成Al₂O₃相,提高了金刚石钎涂层的耐磨性. 阐明了Al脱氧消减气孔及其脱氧产物Al₂O₃作为原位生成硬质相增强涂层硬度及耐磨性的机制.进一步揭示了原位生成Al₂O₃可细化、强化钎料组织,优化涂层形态、增加涂层厚度的机理.明确了感应钎涂中活性微粉的脱氧作用和原位生成氧化物陶瓷的耐磨作用.     

钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊界面行为

结合电磁成形技术和半固态钎焊技术,提出了一种钢/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊工艺,利用电磁脉冲产生的洛伦兹力使铝外管高速碰撞半固态钎料,通过半固态钎料中固相颗粒对母材表面径向压缩和轴向剪切作用去除母材表面氧化膜,实现钢铝异种管材的无钎剂钎焊. 在不同工艺参数下进行了钢/铝管磁脉冲半固态钎焊试验,研究了钎焊接头界面元素的扩散行为和金属间化合物的生长机理. 结果表明,焊缝组织主要为α-Al以及富锌相,铝侧界面处的Al₂O₃氧化膜破碎与去除情况良好,钢侧界面处有薄层FeAl₃金属间化合物形成,各部位均获得较好的冶金结合.     

Properties of copper matrix reinforced with various size and amount of Al2O3 particles

Copper matrix was reinforced with Al₂O₃ particles of different size and amount by internal oxidation and mechanical alloying accomplished using high-energy ball milling in air. The inert gas-atomised prealloyed copper powder containing 1 wt.% Al as well as a mixture of electrolytic copper powder and 3 wt.% commercial Al₂O₃ powder served as starting materials. Milling of Cu-1 wt.% Al prealloyed powder promoted formation of fine dispersed particles (1.9 wt.% Al₂O₃, approximately 100 nm in size) by internal oxidation. During milling of Cu-3 wt.% Al₂O₃ powder mixture the uniform distribution of commercial Al₂O₃ particles has been obtained. Following milling, powders were treated in hydrogen at 400 °C for 1 h in order to eliminate copper oxides formed at the surface during milling. Compaction was executed by hot-pressing. Compacts processed from 5 to 20 h-milled powders were additionally subjected to high-temperature exposure at 800 °C in order to examine their thermal stability and electrical conductivity. Compacts of Cu-1 wt.% Al prealloyed powders with finer Al₂O₃ particles and smaller grain size exhibited higher microhardness than compacts of Cu-3 wt.% Al₂O₃ powder mixture. This indicates that nano-sized Al₂O₃ particles act as a stronger reinforcing parameter of the copper matrix than micro-sized commercial Al₂O₃ particles. Improved thermal stability of Cu-1 wt.% Al compacts compared to Cu-3 wt.% Al₂O₃ compacts implies that nano-sized Al₂O₃ particles act more efficiently as barriers obstructing grain growth than micro-sized particles. Contrary, the lower electrical conductivity of Cu-1 wt.% Al compacts is the result of higher electron scatter caused by nano-sized Al₂O₃ particles.