SiC陶瓷真空钎焊接头界面结构及机理分析

采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对SiC陶瓷进行了真空钎焊,研究了SiC陶瓷真空钎焊接头的界面显微组织和界面形成机理.试验中采用扫描电子显微镜(SEM)对接头组织进行了观察,并进行了局部能谱分析.结果表明,接头界面产物主要有TiC,Ti₅Si₃,Zr₂Si,Zr(s,s),Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)和(Ti,Zr)(Ni,Cu)等.接头的界面结构可以表示为:SiC/TiC/Ti₅Si₃+Zr₂Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti₂(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu).钎焊过程分为五个阶段:钎料与母材的物理接触;钎料熔化和陶瓷侧反应层开始形成;钎料液相向母材扩散、陶瓷侧反应层厚度增加,钎缝中液相成分均匀化;陶瓷侧反应层终止及过共晶组织形成;钎缝中心金属间化合物凝固.在钎焊温度960℃,保温时间10 min时,接头抗剪强度可达110 MPa.     

ZrB2-SiC陶瓷复合材料钎焊接头界面组织及性能

采用BNi₂钎料,对ZrB₂-SiC陶瓷复合材料进行真空钎焊研究.借助SEM,EDS,XRD等分析测试手段分析了界面组织结构及性能.确定了最佳钎焊工艺参数:钎焊温度1160℃,保温时间20 min.结果表明,接头界面产物主要有δ-Ni₂Si,β₁-Ni₃Si,ZrB₂+C,Ni(s,s),Cr_xB_yC_z.随着钎焊温度升高以及保温时间的延长,接头抗剪强度均先升高后降低.钎焊温度1160℃,保温时间20 min,钎焊接头室温抗剪强度达到最大121.3 MPa.钎焊温度和保温时间对接头断裂方式的影响有相似的规律,在保温时间较短时,裂纹主要产生于钎缝中的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展;当保温时间适中时,断裂主要发生在Ni元素扩散层中;当保温时间延长时,裂纹主要产生于含有一定β₁-Ni₃Si相的Ni(s,s)中,之后向Ni元素扩散层中扩展.     

SiCf/SiC与MX246A钎焊接头界面组织及性能分析

利用Ti,Hf的反应活性配制的高温活性钎料,对SiC_f/SiC复合材料与MX246A高温合金进行了高温钎焊,并实现两者高强度钎焊连接,分析了接头界面微观组织、物相组成与力学性能. 结果表明,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头界面中有Ni₂Si,NiTi,TiC,NiAl,Ni₃₁Si₁₂等产物生成,其结构可以表示为:(SiC_f/SiC)/TiC + NiTi + Ni₂Si + Ni₃₁Si₁₂ + (Ni, Cr) + (Cr, W) + (W, Mo)/MX246A. 在室温及1 000℃下,钎焊接头抗剪强度均达到70 MPa以上,接头断裂于复合材料侧. 在1 270 ℃保温15 min条件下,(SiC_f/SiC)/MX246A钎焊接头1 000 ℃的平均抗剪强度可达到90 MPa.     

BNi2+TiH2复合钎料钎焊C/C复合材料与GH99镍基高温合金

采用BNi2+TiH₂复合粉末钎料成功实现C/C复合材料与GH99镍基高温合金的钎焊,对焊后接头界面组织及力学性能进行了分析.结果表明,焊后接头典型界面结构为C/C复合材料/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/MC+Ni(s,s)/Ni₃Si+Ni(s,s)/Cr₃C₂+MC+Ni(s,s)/GH99高温合金.钎料中加入TiH₂,可促进C/C复合材料母材的溶解,并在钎缝中部形成MC碳化物颗粒.随着TiH₂含量的增加,钎缝中部MC形态由细小弥散向大片状转变.当TiH₂含量为3%时,接头室温及800,1000℃高温抗剪强度最高,分别可达40,19及10 MPa,接头强度高于BNi2钎料钎焊接头强度,并可有效保证接头高温使用性能.     

耐腐蚀性镍基箔带钎料钎焊不锈钢接头性能

采用新型耐腐蚀性镍基箔带钎料BNi685对316L不锈钢进行真空钎焊,研究了钎焊间隙对钎缝组织及力学性能的影响,对比了新型BNi685钎料钎焊接头与商用BNi2钎料,BNi685膏状钎焊接头的耐腐蚀性. 结果表明,随着钎焊间隙的增加,钎焊接头的抗拉强度逐渐降低,钎缝中心的显微硬度增加. 钎焊间隙为50 μm时,接头平均抗拉强度为244 MPa,钎缝组织主要由Ni_2.9Cr_0.7Fe_0.36,CrNiP,Cr₃P,Ni₅Cr₃Si相组成. 随着钎焊间隙增加,钎缝中心的CrNiP,Cr₃,Ni₅Cr₃Si相增多,Ni_2.9Cr_0.7Fe_0.36相减少. BNi685钎料钎焊接头的耐腐蚀性优于BNi2和BNi685膏状钎料钎焊接头,在EGR冷却器制造领域具有较大的应用潜力.     

Ni基高温钎料连接SiC陶瓷的微观结构和力学性能

采用低成本的Ni基高温钎料对SiC陶瓷进行了钎焊连接，通过扫描电镜、能谱分析、透射电镜等测试手段分析了接头的微观结构和物相组成，系统研究了不同钎焊温度和保温时间对SiC/SiC接头力学性能及微观结构的影响规律，分析了不同钎焊工艺参数下制备的SiC/SiC接头断口形貌，阐明了接头宏观力学性能与微观结构之间的对应关系。最后，评价了SiC/SiC接头的高温力学性能。结果表明，SiC/SiC接头由反应区、中心区和基体区3个区域组成，其中反应区主由Ni₂Si和不同数量的石墨组成；而中心区主要由复杂碳化物Ni₃Mo₃C和Ni₂Si组成。提高钎焊温度和延长保温时间石墨能够使SiC/SiC接头的反应区厚度增加，生成石墨相的数量也逐渐增多并发生团簇聚集的现象，显著影响了接头的抗弯强度。在1 300℃，40 min条件下，反应区的厚度和石墨的形成量是适宜的，SiC/SiC接头的室温四点抗弯强度最大，达到179 MPa±7 MPa。同时，该接头还具有良好的高温稳定性，在700℃高温下仍能有97.2%的强度保持率，在高温环...     

SiO2陶瓷-TC4接头陶瓷侧的界面行为

采用AgCu/Ni复合中间层钎焊SiO2陶瓷与TC4合金,形成良好接头;采用组织均匀,熔点为909.1℃的自制AgCuTiNi活性钎料对SiO2陶瓷进行钎焊,形成良好接头. 通过扫描电镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)等手段对上述两种钎焊试件的界面组织进行分析,研究Ti元素的活度对SiO2陶瓷-TC4接头陶瓷侧界面行为的影响. 结果表明,TC4/AgCu/Ni/SiO2陶瓷接头的典型界面结构为TC4合金/Ti(s,s)+Ti2(Ni,Cu)+Ti2(Cu,Ni)/Ti4O7+TiSi2/SiO2陶瓷;AgCuTiNi/SiO2陶瓷试件的典型界面结构为Ti2(Cu,Ni)/Ti(s,s)+Ti2(Ni,Cu)+Ti2(Cu,Ni)/Ti4O7+TiSi2/SiO2陶瓷. 钎焊温度为970℃,保温时间相同时,随着Ti元素活度的增强SiO2陶瓷侧反应层厚度明显增加. 钎焊温度为970℃,Ti元素活度相同时,随着保温时间的延长,SiO2陶瓷侧反应层厚度增加.     

Co-Nb-Pd-Ni-V钎料真空钎焊Cf/SiC复合材料的接头组织与性能

采用自行设计的Co-Nb-Pd-Ni-V高温活性钎料对碳纤维增强碳化硅（C_f/SiC）复合材料进行钎焊连接,钎焊温度为1 200 ~ 1 320 ℃,钎焊时间固定为10 min. 结果表明,钎料中的V和Nb元素同时发挥反应活性,与C_f/SiC复合材料发生界面反应,在陶瓷界面形成了VC和NbC双层界面反应层. 当钎焊参数为1 280 ℃/10 min,典型的接头组织为（VC/NbC）双界面反应层/（Co,Ni）₂Si + CoSi + NbC + Pd₂Si/（NbC/VC）双界面反应层. 在此参数下获得的接头性能最佳,其中室温三点弯曲强度为61.0 MPa,在900和1 000 ℃下测得的强度均高于其室温强度,分别为83.2和87.7 MPa. 接头中的NbC和Pd₂Si高熔点物相弥散分布在钎缝内部,大大提高了接头的高温性能.     

Ni-P消耗对焊点电迁移失效机理的影响

研究了Cu/Sn/Ni-P线性焊点在150和200℃,电流密度1.0×10⁴ A/cm²的条件下化学镀Ni-P层消耗及其对焊点失效机理的影响.结果表明,在Ni-P层完全消耗之前,阴极界面的变化表现为:伴随着Ni-P层的消耗,在Sn/Ni-P界面上生成Ni₂SnP和Ni₃P;从Ni-P层中扩散到钎料中的Ni原子在钎料中以（Cu,Ni）₆Sn₅或（Ni,Cu）₃Sn₄类型的IMC析出,仅有很少量的Ni原子能扩散到对面的Cu/Sn阳极界面.当Ni-P层完全消耗后,阴极界面的变化主要表现为:空洞在Sn/Ni₂SnP界面形成,Ni₃P逐渐转变为Ni₂SnP,空洞进一步扩展形成裂缝,从而导致通过焊点的实际电流密度升高、产生的Joule热增加,最终导致焊点发生高温电迁移熔断失效.     

TiZrNiCu钎料钎焊石墨与TC4接头组织与力学性能研究

在钎焊时间为60～1500s,钎焊温度1163～1273K的条件下,采用TiZrNiCu钎料对石墨和TC4钛合金进行了钎焊试验。利用扫描电镜及能谱仪对接头的界面组织进行了研究。结果表明,接头界面结构为石墨/TiC/(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/Ti(s.s)+(Ti,Zr)2(Cu,Ni)/TC4。以抗剪强度评价石墨和TC4钛合金接头的力学性能,发现当钎焊温度为1193K,保温时间为300s时,接头抗剪强度最高,为15MPa。     

TC4钛合金/304不锈钢异种材料蜂窝结构钎焊工艺

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni和Ag-28Cu两种钎料分别对TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝结构进行了钎焊,对钎焊界面组织和蜂窝结构的力学性能进行了对比分析. 结果表明,Ti基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材界面润湿反应性能较差且Ti基钎料钎缝显微硬度较高,导致钎焊界面强度低,蜂窝拉伸力学性能差. Ag基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材和TC4面板均发生显著的界面反应,钎焊温度830 ℃,保温时间10 min时,蜂窝抗拉强度为10.35 MPa,呈蜂窝芯破坏特征. Ag基钎料蜂窝抗拉强度明显优于Ti基钎料结果,适用于TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝钎焊.     

TC4钛合金消音蜂窝结构钎焊工艺

采用Ti基钎料真空钎焊方法进行了TC4钛合金消音蜂窝钎焊试验,对不同钎料添加厚度钎焊后消音蜂窝堵孔、钎焊界面焊合率、钎焊界面组织和力学性能进行了对比分析,确定了TC4钛合金消音蜂窝钎料添加厚度和钎焊工艺参数.结果表明,随着钎料添加厚度的增加,消音蜂窝带孔面板堵孔率增加,同时钎料元素对钎焊界面原始组织溶解加剧,蜂窝的拉伸力学性能下降明显.增加钎料添加厚度能够显著提高钎焊界面焊合率,当钎料添加厚度增加至30 μm以上时,能够获得焊合率良好的消音蜂窝结构.钎料添加厚度为30 μm,钎焊温度920℃,保温时间90 min时,钎焊后的钛合金消音蜂窝力学性能良好,且消音蜂窝声学性能试验测试结果和理论模型计算结果一致.     

Ni-Cr钎料钎焊镀钛CBN界面微观结构分析

采用Ni-Cr钎料真空钎焊镀钛CBN磨粒和45号钢。用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪综合分析镀钛CBN磨粒的焊后形貌，磨粒与Ni-Cr钎料连接界面的微观结构和钎焊后磨粒表面的生成物。发现:钎焊过程中Ni-Cr钎料沿钛镀层爬升，对磨粒浸润性良好。焊后CBN磨粒出露部分的钛镀层在Ni原子的扩散下转变为Ni-Ti金属层。而在钎料包埋处，磨粒的钛镀层在钎焊过程中与CBN、Ni-Cr钎料相互扩散反应，生成了一层以NiTi和Ni_0.3Ti_0.7N为主的中间层，实现镀钛CBN磨粒和Ni-Cr钎料的冶金结合。      

填充泡沫Ti/AlSiMg的SiC陶瓷钎焊接头的组织与性能

为丰富SiC陶瓷钎焊所用钎料的设计思路,提出了一种泡沫Ti/AlSiMg新型复合钎料,通过Ti元素的溶入提高钎料与SiC陶瓷之间的界面结合力,利用泡沫Ti与Al基钎料之间的界面反应获得原位增强的钎缝,从而提升接头力学性能. 采用钎焊温度700 ℃、保温时间60 min和焊接压力10 MPa进行SiC陶瓷真空钎焊,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析、X射线衍射、电子探针和万能试验机对接头组织、成分和性能进行分析,探索泡沫Ti/AlSiMg复合钎料在SiC陶瓷钎焊中的可用性. 结果表明,填充泡沫Ti/AlSiMg复合钎料所得接头结构为SiC/Al/Ti(Al,Si)₃/Ti(Al,Si)₃原位增强Ti基钎缝/ Ti(Al,Si)₃/Al/SiC,断裂发生在铝合金界面层和SiC陶瓷之间,Ti元素的溶入提高了铝合金界面层与SiC陶瓷之间的界面结合力,接头抗剪强度达111 MPa.     

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.     

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.