溅射Al对Si_3N_4润湿性的改善与钎焊

采用溅射Al和Al-Ni薄膜作为钎料的方法,研究了溅射Al对Si_3N_4的润湿作用,实现了铝基薄膜钎料对Si——3N_4陶瓷的直接钎焊。结果表明,Al直接溅射在Si_3N_4表面所获得的各钎焊接头钎缝致密饱满,与陶瓷形成无反应过渡层的良好冶金结合,纯Al钎焊接头的剪切强度为106 MPa,Al-1.0%Ni亚共晶钎焊接头的强度提高到148 MPa,Al-3.0%Ni接头的强度因钎缝形成共晶组织而略有降低,为132 MPa,这些接头的剪切断裂均产生于钎缝之中。采用首先溅射Ni薄膜作为底层的Al-1.0%Ni薄膜钎料进行了对比,这种钎料得到的钎焊接头断裂产生于钎缝与陶瓷的界面,强度也仅为81 MPa。这表明,高能量溅射Al粒子直接撞击对Si_3N_4具有"润湿"作用,使得Al和Al-Ni合金薄膜熔化后即可实现对Si3N4的钎焊。     

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al_2O_3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al_2O_3/Mo-Mn/Al_3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al_3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al_(12)Mo化合物覆盖在Al_3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。     

Al_2O_3陶瓷与TiAl合金真空钎焊接头界面组织及性能

采用AgCuTi活性钎料实现了Al_2O_3陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,研究了钎焊接头的界面结构及其形成机制,并且分析了不同钎焊参数对接头界面组织和接头力学性能的影响规律。结果表明:Al_2O_3陶瓷与TiAl合金钎焊接头的典型界面组织为:Al_2O_3/Ti_3(Cu,Al)_3O/Ag(s.s)+Cu(s.s)+AlCu_2Ti/AlCu_2Ti+AlCuTi/TiAl。钎焊过程中,TiAl基体向液态钎料中的溶解量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Al_2O_3陶瓷侧的Ti_3(Cu,Al)_3O反应层增厚,钎缝中弥散分布的团块状AlCu_2Ti化合物逐渐聚集长大。陶瓷侧界面反应层的厚度和钎缝中AlCu_2Ti化合物的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为880℃,保温10 min时,接头的抗剪强度最大,达到94 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Al_2O_3陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

Ni元素对CuSnTiNi钎料活性钎焊Al_2O_3/Cu接头性能影响

研究了Ni元素的加入对Cu-Sn-Ti-Ni钎料钎焊Al_2O_3/Cu的接头强度的影响。结果表明,随着Ni含量的增加,Al_2O_3/Cu的接头强度增加,当Ni含量为4%时,其接头强度达到95.42 MPa,再继续增加Ni,连接强度降低。Cu-Sn-Ti钎料连接的Al_2O_3/Cu的接头断裂位置为近焊缝处的陶瓷断裂;添加Ni元素后,接头断裂位置发生变化:Ni含量低于3%时,为混合型断裂,即部分断裂在近焊缝处的陶瓷,部分断裂在焊缝处;不低于4%时,为焊缝处断裂。采用扫描电镜以及电子能谱仪分析界面的微观结构和成分,分析认为,Ni元素的加入,影响了Ti和Al2O3的反应,从而影响了Al2O3陶瓷和无氧Cu的接头强度。     

高体积分数SiC_p/Al电子封装复合材料的钎焊综述（英文）

高体积分数SiC_p/Al复合材料作为电子封装材料使用日益流行,其钎焊具有重要的实际意义。近来,一些新钎料合金和工艺被开发用于高体积分数SiC_p/Al复合材料的钎焊。本文回顾了SiC_p/Al复合材料的物理力学性能和制备工艺,综述了应用于高体积分数SiC_p/Al复合材料的合金钎料、钎焊工艺及其接头微结构与性能,旨在进一步理解它们之间的关联性,以优化接头性能与可靠性。往Al-Si合金中添加Cu、Mg、Ni等合金元素有助于提高钎料合金和钎焊接头的使用性能,如可优化钎料合金的应用温度、接头界面结合和焊缝强度。而表面金属化和超声波振动两种钎焊辅助工艺可通过避免或去除复合材料表面的Al_2O_3和SiO_2氧化膜来改善合金钎料的钎焊性。最后指出,需要进一步加强对合金钎料的优化设计、表面金属化工艺以及焊料/涂层/基材体系之间的润湿性和界面行为的研究。     

Al-Si-Ge钎料钎焊Cu/Al接头组织与性能研究

首次采用Al-5.6Si-25.2Ge钎料对Cu/Al异种金属进行了炉中钎焊,分别从钎料的熔化特性、铺展润湿性、Cu侧界面组织以及钎焊接头强度等方面进行了系统研究,并与Zn-22Al钎料钎焊结果进行对比。结果表明,Al-5.6Si-25.2Ge钎料具有较低的熔化温度(约541℃),同时在Cu、Al母材上均具有良好的铺展润湿性。Al-5.6Si-25.2Ge/Cu界面由CuAl_2/CuAl/Cu_3Al_2三层化合物组成,其中CuAl和Cu_3Al_2呈层状,厚度较薄,仅为1~2 mm;CuAl_2呈胞状,平均厚度约为3 mm。Zn-22Al/Cu界面结构为CuAl_2/CuAl/Cu_9Al_4,其中CuAl_2层平均厚度高达15 mm。接头抗剪切强度测试结果表明,Zn-22Al钎料钎焊Cu/Al接头抗剪切强度仅为42.7 MPa,而Al-5.6Si-25.2Ge钎料钎焊Cu/Al接头具有更高的抗剪切强度,为53.4 MPa。     

钛及钛合金电弧钎焊及接头强度

用Ti—Cu—Ni，Ti-Cr-Zr钎料在TIG电弧加热条件对TA2和Ti—6Al—4V钛合金进行钎焊。结果表明：用Ti—Cu—Ni钎料钎焊TA2和Ti—6Al—4V钛合金的搭接接头强度分别是418．3MPa和439．6MPa；用Ti—Cr—Zr钎料钎焊TA2和Ti—6Al—4V钛合金的搭接接头强度分别是575．2MPa和656．1MPa。对Ti-Cu-Ni钎料／母材界面分析认为固液异分化合物η相((Cu，Ni)Ti2)生成时呈笋状生长，嵌入钎缝对钎缝的强度提高有利。对Ti-Cr-Zr钎料／母材界面分析，认为主要是固溶体β-Ti(Cr)存在提高了钎缝强度。     

泡沫Ni/Sn复合钎料超声波钎焊Al_2O_3陶瓷接头组织及力学性能研究

采用泡沫Ni增强Sn基复合钎料片,通过超声波辅助钎焊工艺对Al_2O_3陶瓷进行了低温连接,研究了不同钎焊时间对Al_2O_3接头显微结构及抗剪强度的影响。结果表明,钎焊时间从4 s延长至12 s时,Ni骨架从多边形向条状转变,钎缝宽度从90μm减小到30μm,Sn金属逐渐填充到泡沫Ni的空隙中,钎缝中的缺陷逐渐减少至消失。在泡沫Ni骨架表面形成了Ni_3Sn_4金属间化合物层,其厚度随钎焊时间的延长而增大,同时接头的抗剪强度呈现先提高后降低的趋势。钎焊时间为8 s时,接头获得了最佳的抗剪强度值38.6 MPa。     

Al/Fe异种金属钎焊接头组织与力学性能研究

采用Al-7Si-20Cu钎料在真空钎焊条件下(不添加钎剂)对1060铝合金与Q235钢(镀Ni与不镀Ni)进行钎焊试验,研究了钎焊接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,570℃钎焊5 min时,Fe表面不镀Ni时,Fe侧界面处生成厚度较大的Fe_2A_(l5)和FeAl_3脆性化合物,接头抗剪切强度仅为40 MPa。当Fe表面镀Ni后,Ni层的存在抑制了脆性Fe-Al化合物的形成,Fe侧界面生成Ni_2Al_3和NiAl_3化合物层,接头的剪切强度显著提高。延长钎焊时间,Ni_2Al_3层变薄,Ni Al3层增厚,接头剪切强度提高。当钎焊时间继续增加,Ni层消失,再次生成Fe-Al化合物,接头剪切强度降低。     

TiAl基合金与Ni基合金钎焊连接接头界面组织及性能

采用BNi2钎料实现了TiAl基合金与Ni基高温合金的钎焊。采用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等手段对钎焊接头的界面组织结构及生成相进行分析,并对接头的抗剪强度进行测试。结果表明,钎焊接头的典型界面结构为：GH99/(Ni)ss (γ)+Ni3B+CrB+富Ti-硼化物/TiNi2Al/TiNiAl+Ti3Al/TiAl;随着钎焊温度的升高或保温时间的延长,较多的B和Si元素扩散进入两侧母材,导致钎缝中硼化物数量减少,而TiAl/钎缝界面的TiNi2Al和TiNiAl+Ti3Al金属间化合物层厚度增加;当钎焊温度为1050 ℃,保温时间为5 min时,接头的抗剪强度达到最大为205 MPa,接头主要断裂于TiNiAl金属间化合物层。当钎焊温度升高或保温时间继续延长时,TiNiAl厚度显著增加,导致接头强度下降     

Zn-Al钎料成分对Cu/Zn-Al/Al钎焊接头界面结构及性能的影响

分别采用Zn-15Al,Zn-22Al,Zn-28Al,Zn-37Al和Zn-45Al钎料钎焊获得Cu/Al接头.利用SEM,EDS和XRD研究了Zn-Al钎料成分对Cu/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构的影响,并系统阐述了Zn-Al钎料成分-接头界面结构-接头抗剪切强度之间的关系.研究发现,Cu/Zn-15Al/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7,且Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层较薄,其厚度为2~3μm,接头具有较高的抗剪切强度,达66.3 MPa.随着钎料中Al含量的提高,在Cu/Zn-22Al/Al接头界面处Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层的厚度逐渐增大,甚至在Cu/Zn-28Al/Al接头的Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层附近出现少量的Cu Al2,接头的抗剪切强度逐渐降低.当采用Al含量较高的Zn-37Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7/Cu Al2;脆性Cu Al2层的出现,使接头抗剪切强度大幅下降,为34.5 MPa.当采用Al含量最高的Zn-45Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Cu Al2,接头抗剪切强度最低,为31.6 MPa.     

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.     

SiC_P/Al复合材料的钎焊工艺研究

采用Zn98Al和Zn72.5Al两种Zn-Al药芯钎料对SiCP/Al复合材料进行氩气保护钎焊试验,研究了钎焊温度和保温时间对接头剪切强度及显微组织的影响。结果表明,用这两种钎料在氩气保护炉中钎焊SiCP/Al复合材料,可以获得质量良好的钎焊接头。对Zn98Al钎料,当温度为490℃、保温45min时可获得剪切强度为71.01MPa的钎焊接头;而Zn72.5Al钎料,在温度为560℃、保温11 min时可获得剪切强度为63.71MPa的钎焊接头。两种钎料的钎焊接头显微硬度均略低于母材。两种接头钎缝区的XRD相结构分析发现,钎缝中都只存在α(Al)和β(Zn)两相;接头断口扫描观察显示,接头整体呈韧性断裂特征。     

TC4/30CrMnSiNi2A钎焊接头组织与力学性能分析

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni和 Ag-Cu28两种钎料分别对TC4钛合金/30CrMnSiNi2超高强钢异种材料进行了钎焊,对钎焊界面组织以及接头的力学性能进行了分析。结果表明：Ag基钎料钎焊TC4与30CrMnSiNi2A异种材料时,钎缝界面组织为Ag(s,s)+Ti-Cu系化合物组成;因Ag固溶体的存在,钎缝具有一定的韧性,接头剪切强度较高,剪切断口呈现出韧性断裂特征。Ti基钎料钎焊TC4与30CrMnSiNi2A异种材料时,钎缝界面组织为Ti-Zr固溶体+未完全反应凝固钎料,钎缝显微硬度较高,接头剪切强度较低,呈现出脆性断裂特征。Ag基钎料TC4/30CrMnSiNi2A异种材料钎焊接头力学性能明显优于Ti基钎料结果,在钎焊温度830℃,保温时间15min时,剪切强度为125.52MPa。     

Super-Ni/NiCr叠层材料Ni-Cr-Si-B高温钎焊接头的组织特征及抗剪强度

采用Ni-Cr-Si-B高温钎料对Super-Ni/NiCr叠层复合材料和Cr18-Ni8不锈钢进行真空钎焊,并分析钎焊接头的显微组织及物相组成、显微硬度、抗剪强度及断口形貌.结果表明,钎缝主要由γ-Ni固溶体、Ni3B、CrB和Ni3Si组成;钎缝的显微硬度波动较大,γ-Ni基体显微硬度为450 MPa,Ni3B的显微硬度最高650 MPa.钎焊温度升高至1 120℃时,接头的抗剪强度最高可达158 MPa,NiCr基层钎缝区呈脆性断裂,出现撕裂韧窝.钎缝区与Super-Ni复层之间形成Ni3B界面,Super-Ni复层钎缝区断裂于Ni3B界面.     

SiCp/Al复合材料与Fe36Ni合金超声波钎焊

利用超声波钎焊方法使用ZnAlSi钎料实现了Fe36Ni合金与45%SiC_p/2024Al和55%SiC_p/A356两种复合材料的连接,并得到由SiC颗粒增强的复合焊缝.通过扫描电镜、能谱等方法对焊缝的微观结构以及断口形貌进行了观察,对接头的压剪强度进行了测试,分析了Fe36Ni与两种复合材料钎焊接头微观组织和接头强度的差异.结果表明,在Fe36Ni与两种复合材料的钎缝中,钎料与两侧母材界面均形成良好的冶金结合,SiC颗粒均匀分布于焊缝中.Fe36Ni与45%SiC_p/2024Al的接头抗剪强度为110~145 MPa,Fe36Ni与55%SiC_p/A356的接头抗剪强度为75~85 MPa.Fe36Ni与45%SiC_p/2024Al的接头断裂位置为钎缝中,而Fe36Ni与55%SiC_p/A356的接头断裂位置位于Fe36Ni与钎料的界面上.     

6063铝合金真空钎焊工艺研究

采用快冷甩带技术制备了Al-33.3Cu-6.0Mg-3.0Ni组分的箔状钎料,并把部分箔状钎料磨成粉状钎料,分别对6063铝合金进行真空钎焊,对钎焊接头的剪切强度进行测定,通过光学显微镜、扫描电镜结合能谱分析等方法对接头显微组织进行观察和分析。结果表明,真空钎焊最优工艺参数为:使用箔状钎料,压力4 MPa,加热温度为550℃、保温时间30 min。使用箔状钎料钎焊的接头剪切强度最大值为50.22 MPa,剪切强度明显高于使用粉状钎料钎焊的接头,粉状钎料钎焊接头中大量黑色点状区域的存在是造成接头强度明显降低的直接原因。     

铜基活性钎料钎焊Al_2O_3/Kovar的接头组织和强度研究

研究开发了Al_2O_3陶瓷与Kovar合金直接钎焊用Cu-Sn-Ti-Ni活性粉末钎料。在真空下采用该钎料钎焊Al_2O_3和Kovar合金,并对接头的微观组织、抗剪强度及断口进行了分析。结果表明,Al_2O_3/钎料界面上生成了厚度约为1μm的反应层,该反应层主要由Cu_3TiO_4和AlTi组成;钎料层主要由Cu(s,s)、NiTi和TiFe_2等组成。Al_2O_3与Kovar在920℃真空条件下焊接性能良好,抗剪强度102.86 MPa,且断裂主要发生在Al_2O_3陶瓷与钎料结合的界面上。     

TiAl与Ni基合金接触反应钎焊接头界面组织及性能

以Ti为中间层实现了TiAl与Ni基合金的接触反应钎焊。采用扫描电镜和电子探针等手段对钎焊接头的界面结构及生成相进行分析,并对接头剪切强度进行测试。结果表明:当钎焊温度为960℃时,钎缝主要由Tiss和Ti2Ni组成;当钎焊温度从960℃升高到1000℃时,钎缝中生成Ti-Al及Al-Ni-Ti化合物,典型界面结构为:GH99/(Ni,Cr)ss/Ti2Ni+AlNi2Ti+TiNi/Ti3Al+Al3NiTi2/Ti3Al+Al3NiTi2/TiAl;钎焊温度继续升高,Ti3Al和Al3NiTi2变得粗大,导致接头性能下降。当钎焊温度为1000℃,保温10min时,接头剪切强度达到最大值233MPa。随钎焊温度的升高,钎缝厚度先增加后减小。     

复合锌基钎料铜铝异质钎焊接头微观组织及力学性能研究

采用电镀工艺在Zn-27Al钎料表面镀Ni制备出复合锌基钎料,在氮气的环境中采用电阻炉用复合锌基钎料和Zn-27Al钎料对Cu与Al进行钎焊试验,运用金相显微镜、电子探针、X射线衍射仪分析接头微观组织,通过拉伸试验评定焊接接头力学性能。结果表明:复合钎料钎缝中Al_2Cu_3偏聚在Cu侧、α-Al固溶体偏聚在Al侧的现象消失,组织分布更加均匀、且有新的CuZn_5+Ni_3Al复合相生成;Ni层能够有效地阻止Al和Cu的扩散,从而降低低熔点脆性化合物Al_2Cu的生成。同一钎焊条件下,复合锌基钎料钎焊接头的抗拉强度高于普通钎料,分别达到23. 79 MPa和31. 73 MPa。