外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头组织与性能

采用SEM、EDS、XRD等方法研究了超声、电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的组织与性能。结果表明,借助于超声、超声-电场外能辅助能细化Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头钎缝组织并使共晶组织比例增加,界面区金属间化合物(IMC)平均厚度、粗糙度和界面IMC颗粒尺寸减小。超声和电场外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头强度与其界面IMC层粗糙度密切相关,超声的作用更为显著,在超声-电场外能辅助钎焊接头界面IMC层粗糙度降低中占主导作用,施加超声-电场外能辅助下钎焊接头剪切强度与传统钎焊相比提高24.1%;施加超声、超声-电场外能辅助使Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头断裂途径由钎缝和界面IMC层组成的界面过渡区向钎缝侧迁移,呈界面(Cu,Ni)_6Sn_5 IMC解理和钎缝解理+韧窝的脆-韧混合型断裂机制,使接头剪切断口塑性区比例增加,从而提高接头剪切强度。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

苛刻热循环对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面及接头性能的影响EI北大核心CSCD

采用SEM、EDS、XRD等对苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC及接头性能进行研究。结果表明:苛刻热循环下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RExNi/Cu钎焊界面IMC由(Cu,Ni)_6Sn_5和Cu_3Sn相组成;随热循环周期的增加,钎焊接头的界面IMC(Cu,Ni)_6Sn_5形态由波浪状转变为局部较大尺寸的"笋状",IMC平均厚度和粗糙度增大,相应接头剪切强度降低。添加适量Ni 0.05%(质量分数)的钎焊接头界面IMC平均厚度和粗糙度最低,接头剪切强度最高。在100热循环周期内,随热循环周期增加,Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头剪切断口由呈现钎缝处的韧性断裂向由钎缝和IMC层组成以韧性为主的韧-脆混合断裂转变。     

外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能

在超声振动外能辅助下进行了Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊,借助扫描电镜和X衍射等理化检测手段研究了超声振动外能辅助下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头特性。在超声振动时间为60 s时钎焊点剪切强度达最大值26.0 MPa,较无外能辅助下提高35%;与无外能辅助下钎焊点相比,超声振动外能辅助下钎焊界面Cu6Sn5IMC层厚度、表面粗糙度降低,焊点断裂方式由脆性断裂转变为以韧性断裂为主的混合型断裂。实验结果表明,在超声振动功率88 W的外能辅助下可实现低卤助焊剂下Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu的良好钎焊。     

Ni改性GNSs对SnAgCuRE/Cu钎焊接头热老化特性的影响

以Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni无铅钎料合金为研究对象,基于石墨烯纳米片（GNS）独特的结构、优异的物理性能和力学性能,以其为复合钎料的增强相,开展基于Ni改性GNSs（Ni-GNSs）增强SnAgCuRE系复合钎料/Cu的钎焊和钎焊接头热老化试验,探讨Ni-GNSs对复合钎料组织及钎焊接头热老化失效断裂机制的影响。结果表明：Ni-GNSs的加入,抑制了复合钎料的线膨胀,产生晶格畸变,导致位错产生,金属间化合物（IMC）颗粒分布在位错线附近,与位错发生交互作用,阻碍位错运动,强化复合钎料,进而强化复合钎料接头。随着热老化时间延长,钎焊接头界面IMC层厚度增加,剪切强度降低;其中,添加0.05%（质量分数）GNSs的复合钎料接头剪切强度降幅最小,为8.9%,且热老化384 h后,其剪切强度仍高于Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu合金接头热老化前的剪切强度。Ni-GNSs的加入,使复合钎料钎焊接头界面IMC的生长系数明显降低,有效缓解了复合钎料/Cu钎焊接头热老化过程中力学性能的降低,进而改变复合钎料/Cu钎焊接头的热老化失效断裂机制,最终影响接头的可靠性。Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE0.05Ni/Cu钎焊接头的断裂位置由热老化前的钎缝区向钎缝/界面IMC移动,变为韧脆混合断裂;而添加0.05%（质量分数）GNSs复合钎料接头的断裂位置均在钎缝区,为韧性断裂,钎焊接头可靠性较高。     

Bi含量对Sn-0.3Ag-0.7Cu钎料微观组织 及接头性能的影响

以Sn-0.3Ag-0.7Cu低银无铅钎料为研究对象,添加不同量的Bi(1.0％～4.5％)元素,和Cu盘进行钎焊,取部分试样进行高温时效处理.观察分析了Bi对钎料微观组织结构的影响,以及Bi对焊接接头界面金属间化合物(IMC)显微形貌演变、生长动力学和接头剪切强度的影响.研究结果表明;Bi元素的加入使钎料基体内晶粒尺寸变得细化而均匀,且随着Bi含量的增加可以显著提高钎料钎焊接头的剪切强度,断口经过扫描电镜观察发现剪切断面均沿着剪切方向有明显的塑性变形,这表明焊点中发生的是塑性断裂;高温时效试验表明,钎料基体中Bi的存在降低了界面IMC的生长速率,且随着Bi含量的增加,抑制IMC生长的作用越大.但是过量的Bi会使组织粗化,且对IMC生长的抑制作用反而会变差.IMC层厚度随着时效时间的延长明显增加,断裂机制很快由钎料基体的韧性断裂逐渐变为界面IMC的脆性断裂,使焊接接头的剪切强度明显下降.     

电场对超声波辅助钎焊Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头组织与性能的影响

研究了电场对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头界面区近钎缝侧的组织与性能的影响。试验表明:超声振动和电场共同作用的新钎焊工艺对Sn2.5Ag0.7Cu0.1RE/Cu钎焊接头剪切强度有较大影响,随着电场强度的增加,钎焊接头剪切强度先增加后下降。当电场强度为2 kV/cm、电场作用时间为60 s时,钎焊接头剪切强度达到28.7 MPa的最大值,能形成较薄且平整的界面区。     

Bi对Sn-3Ag-0.5Cu/Cu无铅钎焊接头剪切强度的影响

研究了Sn-3Ag-0.5Cu-xBi(x=0,1,3)/Cu钎焊接头在140和195 ℃时效过程中的剪切强度变化.结果表明:随着时效时间的增加,界面金属间化合物(IMC)层的厚度逐渐增加; 140 ℃时效时,Sn-3Ag-0.5Cu接头的剪切强度随时效时间延长变化不大, Bi元素的添加提高了钎焊接头的剪切强度; 195 ℃时效时,钎焊接头剪切强度均随时效时间延长而下降,Bi元素的添加对接头剪切强度的影响不明显.剪切断口分析表明:随着界面化合物层厚度的增加,断裂机制逐渐由韧性断裂变为脆性断裂,较高剪切强度对应于钎料基体的韧性断裂,而低剪切强度对应于钎料与界面化合物层之间的脆性断裂.     

微机控制钎焊Cu/Al焊接接头的组织与性能

采用微机控制固定间隙超声波辅助汽车零部件焊接中Cu/Al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃时制备Cu/Zn-3Al/Al钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-Al共晶、α-Al树枝状晶和CuZn5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,发现钎缝层由α-Al树枝晶、CuZn5相和Al4.2Cu3.2Zn0.7相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度为1.3μm,整个界面层厚度为3种钎焊温度下的最低值,此时钎焊接头的抗拉强度最大。     

超声工艺对镁合金超声辅助钎焊接头组织性能的影响

采用纯Zn箔为中间层,进行了镁合金超声波辅助钎焊试验,分析了超声波作用及不同超声工艺对钎焊接头形貌和剪切强度的影响。结果表明,在超声波振动的作用下,Mg/Zn界面处的氧化膜发生了破碎,促进了Mg-Zn共晶反应的产生。在钎焊温度为490℃时,采用一次超声波辅助钎焊工艺,接头界面有孔隙存在;采用"首次超声+升温+二次超声"的超声工艺,形成了完全由Mg(Zn)固溶体组成的接头,接头界面处各元素成分变化均匀。该接头的剪切强度可达109 MPa,断裂位置位于镁合金母材侧。     

Cu-Mn-Ni-Ag钎料高频感应钎焊2Cr13不锈钢接头的显微组织与性能

采用新型的Cu-Mn-Ni-Ag中温铜基钎料高频感应钎焊2Cr13不锈钢,并对钎料的工艺特性、钎焊接头的显微组织以及测试温度对钎焊接头力学性能的影响进行研究。结果表明:Cu-Mn-Ni-Ag钎料的熔点约为880℃,由富Ag相、Cu-Mn-Ni固溶体以及少量的Ni-Mn-Si化合物组成;钎料与2Cr13不锈钢产生良好的冶金结合,且钎焊接头组织致密;界面反应区的组织为Fe-Mn-Ni-Cr-Cu固溶体,钎缝区组织由富Ag相、Cu-Mn-Ni固溶体和少量的Ni-Mn-Si化合物组成;钎焊接头断裂于钎缝中间的富Ag相和Cu Mn Ni固溶体上,为以剪切韧窝为主的韧性断裂,室温剪切强度最大可达369 MPa,在400℃、500℃和600℃下接头的剪切强度分别为251 MPa、208 MPa和84 MPa。     

钎焊层厚度对42CrMo/Q345异种钢钎焊接头力学性能的影响

异种金属复合结构能够充分发挥各自材料的优越性能而在工业设计中得到了越来越广泛的应用,同时,其焊接方式也受到了广泛的关注。文中探究了不同钎焊层厚度对异种钢42CrMo与Q345钎焊接头力学性能的影响,选用无氧铜TU1为钎料进行炉中钎焊,设计出钎焊层厚度分别为0.15,0.25,0.35,0.50,0.75,1.10,1.50 mm的钎焊接头,并对其力学性能进行了研究。拉伸试验结果表明：钎缝厚度为0.75,1.10,1.50 mm的试样均在钎缝处断裂;钎缝厚度≤0.50 mm的试样均在Q345钢侧断裂,说明此时钎焊接头抗拉强度已超Q345钢的抗拉强度,并且随着钎缝厚度的增加,钎焊接头的抗拉强度在降低;拉伸断口显示,断口表面分布着大量韧窝,断裂方式为韧性断裂。这些结论对42CrMo与Q345异种钢焊接具有一定的参考价值。     

PLC控制钎焊Cu/Al焊接接头的组织与性能研究

采用PLC控制固定间隙超声波辅助Cu/Al异质金属的钎焊工艺,在钎焊温度为380、420和460℃下制备Al/Zn-3Al/Cu钎焊接头,观察了不同温度超声钎焊时接头的显微组织与力学性能变化。结果表明,当钎焊温度为380℃时,钎缝层由Zn-Al共晶、α-Al树枝状晶和CuZn_5相组成;当钎焊温度为420和460℃时,钎缝层由α-Al树枝状晶、CuZn_5相和Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相组成;在钎焊温度为420℃时,金属间化合物层厚度为1.9μm,扩散层厚度1.3μm,整个界面层厚度为三种钎焊温度下的最低值,此时取得钎焊接头抗拉强度最大值。     

Al/Zn-3Al/Al超声波辅助钎焊接头焊合率及显微组织

采用固定间隙超声波辅助无钎剂钎焊方法制备了Al/Zn-3Al/Al钎焊接头,并研究了超声振动时间、超声振动功率以及钎焊温度对接头焊合率和显微组织的影响. 结果表明,液相钎料与母材间的冶金结合首先发生在接头的边角处,随着超声振动时间的延长或功率的增加,冶金结合区域逐步向接头的中心蔓延;当超声振动功率高于210 W,超声振动时间长于2 s时,接头能获得优良的焊合率;接头的钎缝层主要由Zn-Al共晶相和α-Al相组成,升高钎焊温度或延长超声振动时间均会增加钎缝层中α-Al相的含量,其机制主要归因于超声空化效应对母材的溶蚀作用.     

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。     

硼酸铝晶须对Sn-58Bi/Cu界面金属间化合物 层演变及剪切行为的影响

研究了硼酸铝晶须对Sn-58Bi/Cu界面金属间化合物(IMC)层组织演变的影响.结合钎焊接头显微组织、剪切性能以及断口形貌,分析了Sn-58Bi-1.2%Al₁₈B₄O₃₃钎焊接头的断裂机理.结果表明,硼酸铝晶须的加入可以细化钎料组织,抑制大块富铋相的出现;钎料/基板界面IMC层厚度和晶粒粒径均随着重熔次数的增加而增大,但硼酸铝晶须的加入能够阻碍界面IMC层的增厚和晶粒粗化,提高钎焊接头的性能;不同重熔次数下Sn-58Bi-1.2% Al₁₈B₄O₃₃/Cu钎焊焊点比Sn-58Bi/Cu钎料焊点能承受更高的剪切载荷,且经过多次重熔后接头强度保持稳定.     

Zn元素对Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头剪切性能和时效接头组织结构的影响

为了改善Sn0.5Ag0.7Cu/Cu接头组织结构和力学性能,通过在Sn0.5Ag0.7Cu钎料中添加Zn元素,以Sn0.5Ag0.7Cu-xZn (x=0, 0.1, 0.4, 0.7, 1)钎料合金对紫铜基板进行了熔钎焊试验,并对接头进行微观组织及力学性能分析. 结果表明,改变了接头结合界面处金属间化合物(intermetallic compound,IMC)组织结构,增强了接头剪切断裂的韧性断裂特征,提高了接头抗剪强度. 当Zn元素的加入量为0.4% (质量分数)时,接头抗剪强度达到最高的47.81 MPa. 添加Zn元素等温时效处理后,对接头中IMC层的生长有着抑制作用,并且随着时效温度的提高和时效时间的延长,脆性层Cu₅Zn₈会破碎直至消失,因此在改善接头结合界面处IMC组织性能的同时,不会改变其组成和结构.     

铜/铝异种金属的电阻钎焊技术研究

为了实现铜板和铝板的大面积搭接,利用自行改制的数控交流电阻焊机,采用Al Zn薄带钎料,对铝合金和紫铜进行电阻钎焊工艺试验。试验过程中测量和绘制钎料温度变化曲线;分析不同焊接工艺参数(焊接电流、时间、压力)对接头性能的影响。试验结果显示,在最佳工艺参数下,熔融钎料温度维持在450~520℃,接头抗剪切强度达到63MPa以上。对接头截面硬度测试发现,靠近铜侧钎缝处易形成聚集的硬脆相,此区域显微硬度高达300 HV0.1。对拉伸断口分析发现,这种硬脆相造成的解理断裂和韧窝引起的韧性断裂共同作用导致接头断裂。     

SnCu钎料镀层与Cu/Ni镀层钎焊接头的界面反应

观察了不同焊接工艺条件下钎焊接头界面的微观结构，并对钎焊过程中的界面反应进行分析。探讨了钎缝界面处IMC的生长机制，通过对不同钎焊温度和保温时间下的IMC生长规律的分析建立铜锡化合物厚度与温度和时间的关系方程。结果表明：钎焊过程中SnCu钎料合金镀层与可焊性Cu层的界面处生成金属间化合物Cu6Sn5和Cu3Sn；化合物的生长厚度与焊接时间之间满足抛物线关系，表明化合物的生长为扩散反应控制过程，并随焊接时间的延长化合物的生长速率逐渐下降。