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。     

中间层金属对Al_2O_3/1Cr18Ni9Ti钎焊接头组织及剪切强度的影响

采用Ag-Cu-Ti活性钎料连接Al2O3陶瓷与1Cr18Ni9Ti不锈钢,研究了Cu,Ni和表面镀Ni的Cu 3种中间层金属对钎焊接头组织和剪切强度的影响.结果表明,Cu作为中间层时,陶瓷与钎料能形成良好的界面反应;Ni作为中间层时,焊缝中形成大量的Ni3Ti金属间化合物,导致陶瓷/钎料不能形成良好的反应层,降低了接头的剪切强度;表面镀Ni的Cu片作为中间层金属时,少量Ni的存在不影响钎料中活性元素Ti的含量,钎料与陶瓷能形成良好的界面反应,同时Ni层的存在降低了钎料对Cu的溶蚀作用,该种中间层更能有效地缓解钎焊接头的残余应力.当Ni层的厚度为30 mm,Cu片的厚度为0.2 mm时,接头剪切强度可达到109 MPa.     

不同Ti含量对金基活性钎料的性能影响研究

研究了Ti含量(0wt%~7wt%)对Au-18Ni合金钎料性能的影响。结果表明:Ti的加入提高了钎料合金的峰值温度,对起始点温度影响不大;随着Ti含量的增加,钎料在95Al_2O_3陶瓷上铺展面积增大,润湿角减小;Ti提高了钎料对95Al_2O_3陶瓷的润湿性。采用扫描电镜和能谱分析仪分析界面的显微结构和元素变化趋势,得出了(Au-18Ni)+5Ti钎料钎焊的95Al_2O_3/1Cr18Ni9Ti接头效果良好的主要原因是活性元素Ti与95Al_2O_3发生反应而引起界面能的变化所致。     

Ti活度对Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头力学性能和微观组织结构的影响（英文）

采用Ag Cu Ti钎料实现了Al_2O_3陶瓷与Fe-Co-Ni合金的钎焊连接,并调查了不同钛含量的钎料对Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头机械性能和微观组织结构的影响。利用扫描电镜(SEM),X射线能量谱仪(EDS),X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机研究了钎焊接头的力学性能和微观组织结构。结果表明,钛含量的增加明显提高Ag-Cu-Ti钎料与Al_2O_3陶瓷的相互作用,在Al_2O_3/Ag-Cu-Ti界面生成一层由Ti-Al和Ti-O化合物组成的反应层。Al_2O_3/Ag-Cu-Ti/Fe-Ni-Co钎焊接头的抗拉强度随钛含量的增加而增加,当钛含量提高到8%(质量分数)时,抗拉强度达到最大值78 MPa。通过微观组织结构分析发现,采用AgCu4Ti在890℃保温5 min的条件下可以获得较好的钎焊接头,典型接头的微观组织结构为Al_2O_3/TiAl+Ti_3O_5/NiTi+Cu_3Ti+Ag(s,s)/Ag(s,s)+Cu(s,s)+(Cu,Ni)/Fe-Ni-Co。采用Ag-Cu-8Ti获得的钎焊接头的界面反应层与Ag-Cu-4Ti差异不大,但反应层稍微增厚,并伴有TiO和Ti_3Al在Al_2O_3/Ag-Cu-Ti界面生成。     

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/Cu感应钎焊接头组织及性能研究

以某型汽车车载制冷系统为研究背景,采用Zn-22Al钎料配合Cs F-Al F_3钎剂通过感应钎焊的方法实现了Al/Cu的连接。研究结果表明,Al/Cu钎焊接头的Cu侧界面处主要由Al_4Cu_9和Al_2Cu_3金属间化合物组成,没有脆性Al_2Cu金属间化合物生成。钎焊接头抗剪切强度高达72 MPa,Al/Cu接头拉伸断裂于Cu侧界面处,呈现出典型的解理断裂形式。其研究结果能够为车载制冷系统及相近领域提供参考。     

低银活性钎料钎接95% Al_2O_3陶瓷与可伐合金4J33的研究

针对预金属化法钎接陶瓷与金属工艺复杂以及钎料含银量高问题,设计制备出AgCuSnInTiNi活性钎料箔,并用之对95%Al_2O_3陶瓷与可伐合金4J33实施真空钎接,分析了接头组织和性能,研究了钎料中钛含量对接头组织和性能的影响。结果表明,随着钛含量的增加,钎料熔点升高,铺展性明显改善,AgCuSnInTiNi钎料可实现95%Al_2O_3陶瓷与可伐合金4J33的有效连接,形成的钎接接头饱满,无裂纹、溶蚀等缺陷。钎缝组织均匀致密,主要由(Ag),(Cu)及分布于晶界的Cu_2Ti,AgTi化合物组成。由于钎接过程中合金中的Fe,Ni元素溶解,在钎缝与可伐合金的结合界面有少量Fe_2Ti,Ni_3Ti脆性化合物产生。在钎缝与陶瓷的结合界面存在厚约10μm的Ti_3Cu_3O,TiO,TiAl_3反应层,达成陶瓷与钎缝的连接。随着Ti含量增加,钎料与母材反应充分,钎缝组织细化,成分均匀,接头剪切强度增大。但当钛含量大于6%时,接头化合物增多,性能有下降趋势。在钎接温度870℃、保温时间5min、真空度为2.0×10-2Pa条件下,应用Ag42Cu45.8Sn4In2Ti6Ni0.2钎料钎接95%Al_2O_3陶瓷与可伐合金4J33,形成接头的剪切强度达到107MPa。     

镀膜Al箔钎料对AlN陶瓷的钎焊

为了实现Al钎料对Al N的直接钎焊,提出了一种可以在熔化后自行去除表面Al_2O_3膜的镀膜Al箔钎料,以及提高Al钎焊Al N接头强度的升温钎焊方法,研究了表面气相沉积Ni/Al双层薄膜对Al箔表面Al_2O_3氧化膜的自去除作用,以及钎焊温度对接头强度提高的作用。结果表明,由于被Ni/Al双层薄膜掩埋,原Al箔表面的Al_2O_3氧化膜在钎料加热及熔化的过程中被破碎并卷入到含1%Ni(原子分数)的Al液中,实现了Al对Al N的无界面反应过渡层直接钎焊。采用升高钎焊温度的方法,可显著提高接头的强度。680℃钎焊时,由于Al液不润湿Al N,接头的断裂发生在Al钎缝与Al N的界面,剪切强度为79 MPa;随着钎焊温度的提高和润湿性的改善,Al/Al N的界面强度得到显著提高,接头的断裂逐步由界面转移至钎缝金属中,接头强度也相应逐步提高,并在840℃后达到最高值(146 MPa)。     

AgCu+nano-Al_2O_3复合钎料钎焊TC4合金与Al_2O_3陶瓷:界面结构及接头性能

通过向Ag Cu共晶钎料中添加nano-Al2O3增强相(2%,质量分数)并采用高能球磨的方法获得了Ag Cu+nano-Al2O3复合钎料(Ag Cu C钎料)。采用Ag Cu C钎料实现了TC4合金与Al2O3陶瓷的高质量钎焊连接,确定了TC4/Ag Cu C/Al2O3钎焊接头的典型界面组织结构为:TC4/α-Ti+Ti2Cu扩散层/Ti3Cu4层/Ag(s,s)+Ti3Cu4+Ti Cu/Ti3Cu4层/Ti3(Cu,Al)3O层/Al2O3。Nano-Al2O3的添加抑制了钎缝中连续的Ti-Cu化合物层的生长,同时在钎缝中形成了颗粒状Ti-Cu化合物相增强的Ag基复合材料,改善了钎焊接头的界面组织。随着钎焊温度的升高,各反应层厚度逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag基复合材料组织逐渐细小。当钎焊温度T=920℃,保温时间t=10 min时接头抗剪强度达到最大为67.8 MPa,典型断口分析表明:压剪过程中,裂纹起源于钎角处并沿钎缝扩展后转入Al2O3陶瓷,最终在Al2O3陶瓷母材侧发生断裂。     

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。     

Al2O3陶瓷活性连接用AgCuInTi合金钎料性能

通过在Ag-26Cu-5Ti钎料中添加21. 5%In,设计开发了一种新型Ag Cu In Ti合金钎料,用于实现Al2O3陶瓷与无氧铜的活性连接,同时改善流动性,提高活性。对钎料的固液相温度与润湿铺展性能进行分析,并测试了Al_2O_3/Ag Cu In Ti/Cu试验件抗拉强度和气密性。通过金相显微镜、扫描电子显微镜观察试验件微观界面组织,进一步探究Ag Cu In Ti合金钎料的活性连接反应机理。结果表明,Ag Cu In Ti合金钎料在750℃实现了对陶瓷和金属的真空活性连,降低了钎焊温度,满足分级钎焊和补焊的需求,且形成结合紧密的反应界面,证明其对陶瓷具有良好的润湿性;钎焊过程中合金钎料中的Ti元素向Al_2O_3陶瓷界面富集,形成多个界面产物,而合金钎料中Ag元素、Cu元素、In元素与无氧铜发生溶解扩散,生成新的化合物相,最终实现陶瓷与金属的冶金结合。     

不同钎料对Ti3Al基合金钎焊接头强度及界面微观组织的影响

研究了Ti3Al基合金真空钎焊及接头组织性能;分析了不同钎料对接头界面组织和剪切强度的影响,初步优选了钎料,优化了钎焊连接规范参数;利用电子探针、扫描电镜和X射线衍射等方法对接头进行了定性和定量分析.结果表明:采用NiCrSiB钎料连接时,在界面处有金属间化合物TiAl3、AlNi2Ti和Ni基固溶体生成,TiAl3和AlNi2Ti的生成降低了接头的剪切强度;采用TiZrNiCu钎料连接时,在界面处有金属间化合物Ti2Ni、Ti(Cu,Al)2和Ti基固溶体生成,Ti2Ni和Ti(Cu,Al)2的形成降低了接头的剪切强度;采用AgCuZn钎料连接时,在界面处生成TiCu、Ti(Cu,Al)2和Ag基固溶体,TiCu和Ti(Cu,Al)2的生成是降低接头剪切强度的主要原因;采用CuP钎料连接时,在界面处生成了Cu3P、TiCu和Cu基固溶体,CuaP和TiCu使接头的剪切强度降低;对于NiCrSiB钎料,当连接温度为1 373 K,连接时间为5 min时,接头的剪切强度最高为219.6 MPa对于TiZr-NiCu钎料,当连接温度为1 323 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为259.6 MPa;对于AgCuZn钎料,当连接温度为1 173 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为125.4 MPa;对于CuP钎料,当连接温度为1 223 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为98.6 MPa;采用TiZrNiCu钎料连接Ti3Al可获得最大接头强度.     

真空钎焊工艺对Al_2O_3陶瓷/304不锈钢接头成形的影响

采用Ag-Cu-Ti钎料对Al_2O_3陶瓷与304不锈钢进行了不同工艺参数下的真空钎焊连接试验。通过SEM、EDS、XRD方法分析了钎焊接头的显微组织和界面反应产物,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和裂纹的影响。结果表明,Al_2O_3/304接头钎缝分为3个反应区,分别是靠近陶瓷的反应层,由Ti O反应层和Ti3Al反应层组成;钎缝区,由Ag(Cu)固溶体、Cu(Ag)固溶体和Ti Fe_2组成;靠近不锈钢的Ti Fe_2+Ti O反应层。随着钎焊温度升高,保温时间的延长,接头钎缝中Ti Fe_2数量增加,尺寸增大,这降低了通过塑性变形缓解接头残余应力的能力,同时陶瓷侧界面反应层增厚。这些使得接头陶瓷的裂纹现象越严重。     

Al_2O_3陶瓷与紫铜的间接钎焊

利用Sn0.3Ag0.7Cu-4%Ti金属化涂料,在金属化温度900℃、保温时间30 min条件下,对Al2O3陶瓷表面进行金属化处理,然后在钎焊温度600℃、保温时间5 min条件下,利用Sn0.3Ag0.7Cu钎料实现Al2O3陶瓷与紫铜的间接钎焊,通过SEM,EDS和XRD等分析测试手段对金属化层显微组织、Al2O3陶瓷/铜接头结合强度和接头断口形貌等进行了分析.结果表明,利用金属化方法得到了均匀且与Al2O3陶瓷结合良好的金属化层,并实现了Al2O3陶瓷与铜的间接连接,接头界面结构为Cu/Cu3Sn/Cu6Sn5/Sn(s,s)+Ti6Sn5/Al2O3陶瓷.钎焊接头抗剪强度为13.6 MPa,接头断裂发生于金属间化合物层.     

银基钎料活性钎焊C/SiC-Ti55与Al2O3-Ti55接头界面组织

以Ag-28Cu和Ag-9Pd-9Ga两种银基钎料钎焊C/SiC复合材料和Al2O3陶瓷与Ti55钛合金接头,考察了钎料和钎焊工艺对接头焊缝组织形貌变化影响. 结果表明,采用Ag-28Cu钎料在850～920 ℃温度区间钎焊C/SiC-Ti55和Al2O3-Ti55接头均在陶瓷基体近钎焊界面区域开裂,原因为Ti55合金中Ti元素大量溶解扩散并与铜反应生成的大量脆性Cu-Ti化合物恶化焊缝塑性. Ag-9Pd-9Ga钎料则可以获得完整接头,钎焊过程中Pd,Ga元素在Ti55侧钎焊界面富集并与Ti元素反应生成PdTi, Ti2Ga, Ti4Pd化合物的反应层,有效抑制了元素往焊缝中的溶解扩散.     

Al_2O_3陶瓷与GH99高温合金的钎焊

兼具陶瓷与金属优异性能的复合构件的连接一直是材料的研究热点。本课题采用活性钎料AgCuTi钎焊了Al_2O_3陶瓷和GH99高温合金接头,并分析了接头的界面结构以及界面形成的机理,研究了钎焊温度和保温时间对接头组织结构的影响,得出了以下结论:接头连接完好,钎焊界面中无孔洞、裂纹等缺陷,接头典型界面组织结构为GH99/TiNi_3/Cu(s,s)+Ag(s,s)/Cu_3Ti_3O(Ti(O)_(3x))/Al_2O_3;连接温度升高,钎料与两侧母材的反应作用加剧,GH99侧的TiNi_3反应层增厚,且延伸进钎料中部,而陶瓷侧未观察到明显的反应层,但陶瓷与钎料相互扩散得更充分;随着保温时间的延长,GH99侧TiNi_3反应层的厚度增厚明显,保温时间较长时该反应层中产生微裂纹,而Al_2O_3陶瓷侧的连接则更为致密。     

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.     

高纯氧化铝与金属钛的钎焊

电真空应用中,要求高纯氧化铝与金属钛的连接接头不仅要有较好的强度,还要有高的气密性.用Ag-Cu-Ti钎料钎焊高纯氧化铝陶瓷与金属钛,钎焊温度为825～875℃,保温时间为15～20min,陶瓷表面为烧结自然表面时,钎焊接头抗剪强度可达到100MPa以上,连接温度过低或过高,保温时间过短或过长均对接头强度不利.陶瓷表面研磨后,接头强度降低.钎料厚度在60μm或105μm对接头强度的影响不大.接头由Al2O3/反应层(Cu,Al,Ti,0)/Ag Cu-Ti化合物/α-Ti(Cu)/Ti构成.反应层主要以Cu3Ti3O和Cu4Ti为主.     

Al2O3陶瓷与金属Ni活性钎焊界面反应

使用Ag粉、CuO粉、Ti粉、Zr粉等成分配置成的活性钎料在空气气氛中采用活性钎焊方法成功钎焊Al2O3陶瓷与金属Ni,并借助扫描电镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)和X射线衍射仪技术(XRD),时界面元素分布及反应产物加以分析和研究.试验结果表明.在活性钎焊接头界面中,AS在钎焊接头中部区域呈聚集态分布,Cu元素的分布显示CuO在该区域也有所集中,但也有大量的Cu与Ti,zr一起出现在接头界面处,说明这些元素与陶瓷中的成分发生界面反应形成新的产物.XRD图谱结果显示Cu,Ti,Al,O发生反应在界面处生成复杂化合物.通过对接头界面组织微观分析得知,接头中存在2种反应产物及金属间化合物.由此可以推断,接头界面组织结构为Al2O3/AlTi+CuAlO2/TiAg+Ti3Cu+AgZrz+Ag+CuO/Ni.     

氧化铝陶瓷与低碳钢钎焊接头的力学性能

为实现Al2O3陶瓷与低碳钢的可靠连接,分析影响接头力学性能的因素,测试了Al2O3陶瓷/AgCuTi/低碳钢钎焊接头的抗剪强度,通过SEM及EDS对断口形貌、成分进行分析,确定了断裂路径.结果表明,随着钎焊温度的升高或者保温时间的延长,接头的抗剪强度都呈先增大后减小的趋势.当钎焊温度为900℃,保温时间为5 min时,接头抗剪强度达103MPa.此时,断裂大部分发生在Al2O3陶瓷母材,小部分发生在Al2O3陶瓷/钎料界面处,且均为脆性断裂.