SiCp/Al复合材料真空软钎焊接头性能研究

用自主研发的In-48Sn-1Ag新型无铅钎料对镀镍后体积分数为15％的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊.钎焊温度为180、185、190、195、200℃,保温时间为15、20、25、30 min.通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、物相分析(XRD)及抗剪切强度测试等手段对钎料合金及钎焊接头的组织和性能进行分析.结果表明:钎料合金中主要存在In?Sn4、AgIn2、In3Sn相.接头剪切强度随钎焊温度和保温时间增加先增后降,当钎焊温度为190℃,保温时间为20 min时,钎焊接头的剪切强度最高,达16.61 MPa,此时钎料与复合材料表面的镍层结合最好,断口形貌以脆性断裂为主的脆-韧共存混合断裂.     

高体积比SiCp/6063Al复合材料真空钎焊工艺研究

采用Al-25Cu-8.5Si-0.3Y(质量分数/%)急冷钎料对镀镍高体积比SiC_p/6063Al复合材料进行真空钎焊,利用扫描电镜并结合EDS能谱分析对接头组织及断口形貌进行观察和分析,通过剪切试验探讨保温时间对接头剪切强度的影响。结果表明:镀镍层中的Ni元素与钎料中的Al、Cu发生化学反应并生成Al_3Ni_2和Al_3(CuNi)_2金属间化合物,说明6063Al合金/镀镍层/钎料箔三者之间通过相互扩散和溶解形成良好的冶金结合;在温度为550℃、保温30 min的条件下,获得最大的抗剪强度为121.34 MPa;断裂主要发生镀镍层与钎料的结合处,断口整体呈脆性断裂形式。     

温度对SiCp/Al复合材料接头力学性能的影响

用Al-12Si-20Cu-1Mg-1Ni合金为钎料,对质量分数为55%的SiC_p/ZL102复合材料进行真空钎焊,钎焊温度为560、570、580、590、600℃,保温时间为30 min。对不同温度下焊接接头的显微组织、维氏硬度、抗剪切强度、断口形貌进行分析。结果表明:随着钎焊温度增加,接头的剪切强度先增后降,焊接温度为590℃时,钎料与母材间的结合最好,焊缝中心与母材处的硬度值最大,为250.5HV和161.79HV,同时焊接接头的抗剪切强度达最大值60.4 MPa,焊接接头呈脆性断裂和韧性断裂共存的混合断裂形貌。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi钎料对SiCP/6063Al复合材料真空钎焊接头组织的影响

采用自制Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi合金对Si CP/6063Al复合材料进行真空钎焊。通过SEM、EDX实验方法分析钎料与化学镀镍后Si CP/6063Al复合材料真空钎焊接头的显微组织。结果表明:无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu-3.0Bi合金显微组织主要由富Sn相、共晶组织和单质Bi构成;其显微组织形成机制可以用化学亲和力来表征,元素间的化学亲和力参数越大,越容易形成化合物;Si Cp/6063Al复合材料真空钎焊后的焊缝组织致密,钎料对镀镍复合材料的润湿性良好;界面生成的IMC为(CuxNi1-x)6Sn5,其晶体结构与Cu6Sn5相似,只是部分Cu原子被Ni取代。     

粒度对SiCp/Al复合材料组织及耐磨性的影响

采用半固态机械搅拌法制备不同粒度的SiC颗粒增强铝基复合材料,研究SiC粒度对复合材料的微观组织、硬度及耐磨性能的影响。结果表明,粒度为100μm时,复合材料中SiC颗粒分布均匀,没有明显的团聚现象,布氏硬度值最大,相对磨损率最小。其磨损机理是较软的铝基体对SiC颗粒起很好的支撑效果,使镶嵌在合金基体中耐磨的SiC颗粒对合金基体起到保护作用,减少粘着磨损的发生。     

SiCp/Al复合材料抗弯性能的试验研究

采用粉末冶金法制备SiCP/Al复合材料,研究增强相粒径及含量对SiCp/Al复合材料抗弯强度的影响。结果发现:当增强相粒径不变,随着增强相含量的增加,SiCP/Al复合材料的抗弯强度降低;增强相含量较低时SiCP/Al复合材料的抗弯强度比增强相含量高的SiCP/Al复合材料的抗弯强度高。与其他研究者的结论进行比较,发现不论采用什么方法制备SiCP/Al复合材料,结果都表明增强相含量为10%的SiCP/Al复合材料具有较大的抗弯强度。     

SiCp/Al复合材料制动盘的温度场仿真分析

基于ABAQUS有限元仿真软件建立制动盘摩擦副的三维模型,研究在紧急制动时不同工况下两种高体积分数SiCp/Al复合材料制动盘温度场的分布特点和变化规律,并与铸铁制动盘和锻钢制动盘的计算结果分析;将仿真与文献试验结果对比,验证仿真模型建立的准确性。结果表明:同种工况下,与铸铁和锻钢材料制动盘相比,SiCp/Al复合材料制动盘整体温度较低,温度场分布更均匀,有利于减少制动盘上热裂纹的萌生和扩展,提高制动盘的抗热衰退性。仿真结果与文献试验结果总体趋势一致,证明仿真模型可行。     

SiCp/Al功能梯度复合材料的压缩性能研究

采用粉末冶金法制备碳化硅颗粒增强铝基功能梯度复合材料,用扫描电子显微镜观察微观组织形貌,测试抗压强度,对其压缩性能进行分析。研究结果表明,当压力达到85 kN时,SiCp/Al功能梯度复合材料压缩试样的表面出现明显的宏观剪切裂纹,裂纹方向与垂直方向成45°。用有限元方法分析其压缩性能,计算结果与实验结果基本吻合。     

中间层对SiCp/6063Al复合材料电阻点焊接头性能的影响

采用Sn3.0Ag0.5Cu中间层对低体积比SiC_p/6063Al复合材料进行电阻点焊,通过剪切试验以及SEM、EDS和XRD分析Sn3.0Ag0.5Cu中间层和点焊工艺对点焊接头组织及性能的影响。结果表明:Sn3.0Ag0.5Cu作为中间层可有效与母材形成混合熔核,显著改善母材直接点焊后熔核中SiC颗粒偏聚现象,在点焊电压和时间分别为124 V、2.2 s时,接头剪切强度达到100.17 MPa,断裂主要发生在熔核及熔核边缘母材处,断裂形式是以韧性断裂为主的混合断裂。因此,Sn3.0Ag0.5Cu中间层可有效提高低体积比SiC_p/6063Al复合材料电阻点焊接头的结合强度。     

SiCp/Al复合材料薄壁结构的动力学特性

应用ANSYS有限元分析软件对板类SiC_p/Al复合材料薄壁件的动力学特性进行仿真研究,得到试件厚度、宽度和高度对平板结构薄壁件固有频率的影响规律,以及厚度、凸缘长度和凸缘数对凸缘结构薄壁件固有频率和振型变化的影响规律。平板结构SiC_p/Al复合材料薄壁件固有频率随其宽度和高度的增加而下降,随厚度的增加而增加;其中,薄壁厚度对其固有频率的影响最大,而对其1阶振型影响不大。有凸缘结构薄壁件的固有频率高于平板结构,且随薄壁厚度、凸缘长度和凸缘数的增加而有不同程度的增加;凸缘长度较大时,凸缘个数越多,薄壁件的局部振动越密集;在振动幅度较大的节点处增加较长的凸缘,更有利于提高试件的固有频率,降低凸缘连接处的振动幅度,减小最大振动幅度分布区域,增加极小振动幅度区域。     

Ti-28Ni钎料钎焊Ti合金接头组织与性能研究

采用Ti-28Ni钎料对Ti-6Al-3Sn-3.5Zr-0.4Mo-0.75Nb-0.35Si+5%Ti C(体积分数)Ti基复合材料(TMC)进行真空钎焊连接,结合能谱及X射线衍射结果分析接头反应机理,并对钎焊接头显微组织及力学性能进行系统研究。结果表明:在钎焊温度为1 010℃,保温时间为10、20、30 min时,接头组织形貌均匀致密,未发现孔洞、裂纹等缺陷;钎缝主要由Ti2Ni、α-Ti和Ti C颗粒相组成,钎缝内元素扩散良好;在钎焊温度为1 010℃、保温20 min时,接头室温剪切强度高达659MPa,接头剪切断口分析表明断裂方式为准解理断裂。     

SiC_p/101Al复合材料的氩气保护炉中钎焊

对SiC颗粒增强铝基复合材料SiCp/101Al的氩气保护炉中钎焊工艺及机理进行研究。结果表明,通过优化钎焊工艺参数,获得接头的剪切强度最大值可达90MPa;进一步对钎焊接头进行金相组织观察和钎缝相结构组成分析,钎缝组织致密,未发现有气孔、夹杂和微裂纹等缺陷,钎料和母材之间合金元素存在明显的互扩散,并且母材中有部分SiC颗粒过渡到钎缝之中;接头断口扫描观察显示,接头整体呈现韧性断裂特征。对钎焊接头的强度问题进行讨论。     

高体积分数SiCp/Al复合材料的热物理性能

采用无压渗透法制备了高体积分数SiCp/Al复合材料,用XRD对复合材料的物相进行了分析,测定了SiCp/Al复合材料在25～200℃温度区间的热膨胀系数及热导率,运用理论模型对复合材料的热膨胀系数以及热导率进行了计算,并探讨了热物理性能与温度之间的关系。结果表明,高体积分数SiCp/Al复合材料具有较低的热膨胀系数、高的热导率,综合热物理性能优良。     

钎焊时间对钛/铝基复合材料接头组织及性能的影响

采用Zn-Al钎料实现了TC4钛合金和55%SiCp/Al复合材料的非真空刮涂钎焊。借助扫描电镜和能谱分析等测试手段,分析了接头的显微组织结构。借助电子万能试验机对接头的剪切强度进行了测试。结果表明:接头中复合材料侧界面氧化膜完全消失;当焊接保温时间为5 min,复合材料中的SiC颗粒向钎缝中少量迁移;当焊接保温时间为20 min,复合材料中两种尺寸为10、50μm的SiC颗粒大量向钎缝中迁移;在钛合金侧表面只生成了一种金属间化合物TiAl3相,平均厚为2~10μm;剪切强度测试时试样接头均断裂于钎缝中,最高剪切强度可达163 MPa。     

增强颗粒对切削SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响机理

为研究SiC颗粒对SiCp/Al复合材料切屑形成过程的影响,设计了一种新型弹簧式快速落刀装置。通过正交切削试验获得切屑和切屑根部,观察其形态及金相显微组织,分析SiC颗粒沿剪切带的排列机制、颗粒的断裂与破碎机理、裂纹的扩展及其对切屑形成的影响。结果表明：设计的快速落刀装置加速度大,能获取有效的切屑根部;基体塑性滑移对颗粒产生的力和力矩使得颗粒沿剪切带排列;颗粒的断裂与破碎主要发生在剪切区、工件与切屑分离面、第2变形区以及刀尖附近的已加工表面;微裂纹从自由表面和剪切区内部沿剪切面扩展;裂纹沿剪切面扩展使得切屑受力不平衡,切屑加速流出,同时裂纹两侧沿剪切面发生相对滑动,导致切屑呈不规则锯齿形。     

铝基复合材料与电子玻璃的低温钎焊工艺研究

用PbO-SiO2-Al2O3系复合片状玻璃钎料,在大气环境下实现SiCp/6063Al复合材料与DM305电子玻璃的连接.用XRD、SEM、EDS和DSC等研究不同保温时间和温度下对焊接接头的影响.结果表明:在一定范围内焊接温度升高和保温时间延长可提高接头强度.SiCp/6063Al复合材料与DM305电子玻璃在钎焊温度为480℃保温30 min时,获得最大剪切强度为7.16 MPa的接头,且满足气密性使用要求.钎焊过程中,钎料中的元素能扩散到母材中,提高接头强度.     

CVI法制备SiCp/SiC复合材料的力学性能研究

对用CVI法制备的SiCp/SiC复合材料的力学性能进行研究。研究表明:材料表现出脆性断裂的破坏失效特征;SiCp/SiC复合材料内部颗粒间、团聚体之间残留的微孔和孔隙等薄弱环节使材料的强度降低;复合材料基体和增强相之间有一层由树脂热解而产生的玻璃碳,造成界面的弱结合,使材料强度不高。     

SiC颗粒尺寸对SiCp/Cu基复合材料热膨胀系数的影响

采用化学镀工艺制备了镀铜SiC微粉。化学镀工艺参数对该复合粉体的包覆行为影响较大。利用冷压成型和无压烧结技术制备了SiCp/Cu基复合材料,并对该复合材料的微观结构和热膨胀系数进行研究。结果表明：SiC颗粒分布较均匀,SiC颗粒与基体之间界面结合良好;随测量温度增加,SiCp/Cu基复合材料的线膨胀系数呈非线性增加;当SiCp体积分数相同时,减小SiCp颗粒尺寸有利于降低复合材料的热膨胀系数。     

锂电池Cu/Al极耳超声波焊接接头组织与性能

对厚为0.3 mm的Cu/Al箔片进行超声波焊接,通过扫描电镜(SEM)、3D景深显微分析和显微硬度仪等研究焊件接头的显微组织,测试焊接接头的硬度、剥离力及剪切力。结果表明:随焊接能量增大,接头剥离力和剪切力也增大,铝侧至铜侧硬度上升,焊接能量为600 J时,接头剥离力和剪切力达最大值,为145.8、487.8 N,焊接能量继续增大,接头剥离力和剪切力减小。焊接能量为300、750 J时,界面易产生孔洞缺陷,其是接头力学性能下降的主要原因。