超声波辅助钎焊铜/铝异种金属接头界面组织性能及强化机制

为了研究铜/铝异种金属钎焊接头界面金属间化合物层组织结构对接头性能的影响,从化合物结构出发,提出了一种预涂敷钎料的超声波辅助钎焊复合工艺.结果表明,采用Sn-9Zn共晶钎料,得到细小金属间化合物弥散地分布在铜表面的界面结构,增强了界面强度,其接头抗拉强度甚至超过传统工艺下将金属间化合物层减薄到极限厚度(1~2μm)时的强度.提出了一种基于超声预涂敷工艺的界面化合物结构调控方法,研究了化合物在钎焊过程中的演变规律,以及金属间化合物层在不同结构和分布情况下对接头力学性能的影响,探索了铜/铝异种金属低温焊接的新途径.     

纯铝1060/镀锌钢电阻点钎焊工艺及接头性能

采用电阻点钎焊进行了纯铝1060与SGCC热镀锌钢板的搭接试验,研究了接头界面组织,并测试了接头力学性能. 结果表明,试验所用铝硅（Al-Si）合金钎料润湿良好,焊后接头焊缝界面处产生了具有双层结构且厚度不均的金属间化合物,厚度小于10 μm;焊接电流为7.8 kA时,接头抗拉剪载荷达到峰值,约为4.72 kN,在相同工艺参数下,电阻点钎焊接头的抗拉剪载荷明显高于点焊接头;接头断裂大都发生在铝板侧,且主要在热影响区处而不在焊点处,说明点钎焊接头质量良好,但由于焊缝铝侧界面局部存在“未钎合”缺陷,焊缝界面会产生拉应力且在金属间化合物的应力作用下易产生裂纹.     

铝/铜高频感应接触反应钎焊

对铝/铜异种金属接头的高频感应接触反应钎焊工艺进行了研究,在非真空条件下借助钎剂的去膜作用,实现了铝和铜的连接,并根据钎剂去膜过程和对接头力学性能的影响规律优化了钎剂组分.同时借助扫描电镜和能谱分析等分析手段,详细分析了接头的界面结构与物相组成.结果表明,试验中配制的钎剂65%ZnCl2＋10%NaCl＋25%NH4Cl钎焊效果较好,钎缝厚度约为80μm,钎缝主要由铝基固溶体和化合物Al2Cu弥散相组成,有大量的Zn元素和Na元素扩散进入钎缝,接头抗剪强度可以达到58 MPa.     

保温时间对铝/铜钎焊接头界面化合物和力学性能的影响

采用Zn-22Al钎料配合KAlF4-CsAlF4无腐蚀钎剂,在不同保温时间下对铝/铜进行炉中钎焊,研究了保温时间对钎焊接头、微观组织形貌,铜侧界面元素分布以及接头力学性能的影响.结果表明,随着保温时间的延长,Al/Cu接头Cu/钎缝界面CuAl₂化合物由层片状逐渐转变为树枝状并向钎缝内部生长;钎缝中的CuAl₂相由粗大块状转变为长条状或薄片状;Cu/钎缝界面处Zn元素含量峰值在保温时间为2 min时出现在铜母材与AlCu化合物之间,随着保温时间延长,Zn元素峰值逐渐向钎缝内部迁移.同时,铝/铜钎焊接头的抗剪强度随保温时间延长先提高后降低.     

时效对SnCuSb/Cu钎焊接头抗剪强度与断口特征的影响

研究了150℃时效对Sn-0.7Cu-xSb/Cu(x=0,0.25,0.5,0.75,1.0)钎焊接头抗剪强度和断口特征的影响.结果表明,随着Sb元素含量的增加,钎焊接头的抗剪强度升高;接头抗剪强度随时效时间的增加而明显降低.接头剪切断裂的位置是在钎料上,也出现在钎料和金属间化合物Cu6Sn5之间.对于焊后态试样,其断裂位置在钎料上的情况占绝大部分,断口上分布有大量韧窝,断裂类型主要是韧性断裂.随时效时间的增加,接头的断裂位置向钎料与界面化合物各占一半过渡.时效500h,断口处已经可以看到Cu3Sn的存在,断口已经由韧性转变为脆性.     

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.     

铝/钢激光-MIG复合热源熔-钎连接试验研究

基于激光-MIG复合热源焊接实现了5A02铝合金与镀锌钢、镀铝钢及非镀层Q235钢的优质、高效熔-钎连接,并对焊缝的成形、接头的性能及微观结构作了分析.结果表明,利用该连接方法可以在高速焊接条件下实现铝/钢熔-钎连接,最高焊接速度可达5 m/min;得到的熔-钎接头的抗拉强度接近于该铝合金熔化焊接头的抗拉强度,接头的抗剪强度高于90 MPa;焊缝钎接界面处生成的金属间化合物主要为Fe_3Al、FeAl_2、Fe_2Al_5、FeAl_3,金属间化合物层厚度太薄或太厚均会影响接头的强度,化合物层厚度在1.5～4 μm范围内最佳.     

铝/镀锌钢复合热源熔-钎接头中的Al-Fe 金属间化合物层分析

分析了铝/镀锌钢复合热源熔-钎接头中Al-Fe金属间化合物层的相结构,研究了焊接热输入对接头中Al-Fe金属间化合物层厚度的影响及化合物层厚度对接头抗剪强度的影响.结果表明,生成的Al-Fe金属间化合物层主要由Fe3Al,FeAl2,Fe2Al5以及FeAl3组成,并且Al-Fe金属间化合物的生成过程伴随着Si元素的富集现象;Al-Fe金属间化合物层厚度随焊接热输入的增大而增大,但电弧能量对化合物层厚度的影响要大于激光能量对化合物层厚度的影响;Al-Fe金属间化合物层厚度并非越薄越好,化合物层厚度在1.5～4μm范围内,Al-Fe金属间化合物层厚度对接头抗剪强度的影响不大.     

铜-铝异种金属钎焊材料的研究现状

从钎剂和钎料两方面对国内外有关铜-铝异种接头钎焊材料的研究成果进行了综述,重点介绍了铜-铝异种接头钎焊连接过程中无腐蚀性钎剂和钎料成分对钎焊接头结合机理、界面反应、金属间化合物的微观结构及生长规律等的影响。然而,铜-铝异种接头钎焊材料的应用过程中仍存在以下问题:无腐蚀性钎剂熔化温度和价格均较高,适用范围较窄;铝硅系钎料熔化温度较高,铝合金容易过烧熔蚀;钎料洁净度低,钎缝处容易出现氧化夹杂,影响钎焊接头的力学性能。     

铝离子注入不锈钢/铝钎焊接头界面结构研究

采用铝离子注入不锈钢前处理的方法优化了不锈钢/铝钎焊接头质量,研究了钎焊参数对不锈钢/铝钎焊接头形貌及相结构的影响。结果表明,铝离子注入不锈钢前处理的方法可以使后期钎焊获得更好的不锈钢/铝钎焊接头及焊趾形貌;随着钎焊温度的增高、钎焊时间的延长,不锈钢/铝钎焊接头界面脆性相厚度增大。注铝不锈钢/铝钎焊接头断裂形式与界面脆性相厚度密切相关,接头脆性相厚度小于10μm时,不锈钢侧断口处Al相含量很高,接头在钎料区失效,失效形式为韧性断裂;而脆性相厚度大于10μm时,不锈钢侧断口处Fe13Al4、FeAl2等脆性铁-铝相含量很高,接头断裂在脆性相区,接头失效形式为脆性断裂。     

SiCP/Al复合材料的真空扩散钎焊

文中采用Al/Cu/Al复合箔扩散钎焊SiC_P/Al复合材料,采用SEM,EDS,XRD分析接头界面组织,研究了钎焊温度对接头界面组织及力学性能的影响,并结合Al-Cu二元相图分析接头形成机制.结果表明,固定连接压力为1 MPa,保温时间为10 min,当钎焊温度从590℃升至640℃,接头界面产物由Al₂Cu+αAl共晶组织转变为断续的Al₂Cu金属间化合物,Al-Cu液相向两侧母材扩散的距离增加,接头的抗剪强度呈现先增大后减小的变化趋势.当钎焊温度为620℃,保温时间为10 min,连接压力为1 MPa时,接头的抗剪强度达到最大值69 MPa.     

钴/镍复合中间层真空扩散连接钨与钢

以钴粉/镍箔为复合中间层,采用800,900和1 000 ℃等三种连接温度,加压10 MPa并保温120 min的工艺条件,对钨/钢真空扩散连接. 研究了接头的微观组织、成分分布、力学性能及断口特征. 结果表明,连接温度为800 ℃和900 ℃时,钨/中间层界面金属间化合物生成很少,对应接头抗剪强度分别为186 MPa和172 MPa,断口均位于钨母材中近界面的位置,为典型解理断裂形貌;当连接温度升至1 000 ℃时,钨/中间层界面生成厚度小于2 μm的连续金属间化合物层,接头抗剪强度降至115 MPa,断裂也发生在钨母材中近界面的位置,断口大部分区域为沿晶断裂特征.     

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。     

时效对Sn-Cu-Ni-xPr/Cu焊点组织与性能的影响

采用Sn-Cu-Ni-xPr无铅钎料对片式电阻进行钎焊试验,并且利用加速老化试验模拟片式电阻中焊点的服役环境,研究了时效过程中Sn-Cu-Ni-xPr焊点界面化合物层的厚度以及焊点抗剪强度的变化.结果表明,随着时效的进行,片式电阻Sn-Cu-Ni-xPr焊点的厚度不断增加,抗剪强度不断下降.与此同时,添加微量稀土元素Pr可有效提高Sn-Cu-Ni-xPr焊点的力学性能,当Pr元素含量为0.05%时,焊点力学性能优良,且在长时间的时效条件下仍然优于其它焊点.     

Effects of intermetallic compound on the electrical and mechanical properties of friction welded Cu/Al bimetallic joints during annealing

Al/Cu metal joints applied for the electrical connector was joined by the friction welding method to limit the formation of intermetallic compound under optimum friction welding condition. To guarantee the reliability of the Al/Cu joints in service requirement, the effects of the intermetallic compound layer on the electrical and mechanical properties have been investigated under various annealing conditions. Two kinds of intermetallic compounds layer were formed in the joints interface and identified by AlCu and Al₂Cu. The growth kinetic of these intermetallics during the annealing can be followed by volume diffusion process. The activation energy of Al₂Cu, AlCu and total intermetallic compound (AlCu + Al₂Cu) represented 107.5, 98.42 and 110.22 kJ/mol, respectively. A thicker intermetallic compound layers could seriously degrade the electrical resistivity and tensile strength. The electrical resistivity with 21 μm thickness of intermetallic compound was 45 μΩ cm and increased to be 85 μΩ cm with 107 μm of intermetallic compound. Tensile strength remarkably decreased from 85 MPa to near zero at the annealing condition of 773 K and 129.6 ks and fracture occurred through the intermetallic compound layers.     

Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu(Ni)焊点的抗时效性能

采用扫描电镜(SEM)研究在150 ℃等温时效下Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu与Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面扩散行为. 结果表明,在时效过程中,随着时效时间的增加,Cu/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu焊点界面金属间化合物(intermetallic compound,IMC)形貌由开始的细针状生长为棒状,IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₆Sn₅. Ni/Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni焊点的界面IMC形貌由细小突起状转变为较为密集颗粒状,且IMC层厚度增加,界面IMC主要成分为(Cu,Ni)₃Sn₄. 经过线性拟合,两种焊点的界面IMC层生长厚度与时效时间t1/2呈线性关系,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Cu界面间IMC的生长速率为7.39 × 10?2 μm2/h,Sn5Sb1Cu0.1Ni0.1Ag/Ni界面间IMC的生长速率为2.06 × 10?2 μm2/h. 镀镍层的加入可以显著改变界面IMC的形貌,也可降低界面IMC的生长速率,抑制界面IMC的生长,显著提高抗时效性能.     

Mg/Cu/Al接触反应钎焊工艺及元素扩散行为分析

采用铜中间层对镁合金与铝合金进行了接触反应钎焊,利用SEM,EDS研究了接头的微观形貌及组织结构,并对界面Cu元素的扩散行为进行了分析. 结果表明,铜中间层可有效阻隔镁与铝的接触反应,界面无Mg-Al系金属间化合物生成;相同温度下,Cu原子在Mg元素中的扩散能力远大于在铝中的扩散能力,导致Al/Cu侧在温度低于560 ℃时无法产生有效连接,且温度高于570 ℃时镁合金溶解过多,工艺区间过窄. 在565 ℃保温20 min可实现连接,但抗剪强度仅12.6 MPa. 采用低温长时间保温,随后高温短时加热的工艺可实现Mg/Cu/Al接头有效连接. 在475 ℃保温60 min,560 ℃加热7 min的条件下,接头强度可达31.2 MPa.     

Zn-Al钎料钎焊Cu/Al接头组织和性能(英文)

使用不同成分的Zn-Al钎料对铜铝异种金属进行火焰钎焊,研究其力学性能。利用光学显微镜、扫描电镜和能谱研究不同Zn-Al钎料对Cu/Al钎焊接头钎焊性、力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着Al含量的增加,Zn-Al钎料在Cu和Al上的铺展面积逐渐增大。当钎料中Al含量为15%时,Cu/Al接头的抗剪强度达到最大值88MPa;随着组织的变化,钎缝硬度值呈现HV122到HV515不等的分布。另外,钎缝组织的成分主要为富Zn相和富Al相,但是当钎料中Al含量为2%和15%以上时,靠近Cu侧的界面处会分别形成CuZn3和Al2Cu两种完全不同的金属间化合物。研究Zn-Al钎料中铝含量对Cu/Al接头界面化合物类型的影响。     

TiAl/Ni基合金反应钎焊接头的微观组织及剪切强度(英文)

以Ti为中间层,对TiAl基金属间化合物与Ni基高温合金进行反应钎焊连接,研究反应钎焊接头的界面微观结构及剪切强度。通过实验发现,熔融中间层与两侧母材反应剧烈,生成连续的界面反应层。典型的界面微观结构为GH99/(Ni,Cr)ss(γ)/TiNi(β2)+TiNi2Al(τ4)+Ti2Ni(δ)/δ+Ti3Al(α2)+Al3NiTi2(τ3)/α2+τ3/TiAl。当钎焊温度为1000°C,保温时间10min时,所得接头的剪切强度最高为258MPa。进一步升高钎焊温度或延长保温时间,会引起钎缝组织中组成相粗化和脆性金属间化合物层的生成,从而导致接头剪切强度的降低。     

时效对Sn-Zn无铅钎料焊点可靠性的影响

采用扫描电子显微镜及STR-1000微焊点强度仪器,研究了Sn-9Zn-0.06Nd/Cu钎焊接头在150℃时效过程中界面组织形貌和力学性能的变化.结果表明,Sn-9Zn-0.06Nd/Cu接头焊接后的界面生成了较为平坦的金属间化合物层Cu5Zn8,随着时效时间的增加,金属间化合物层不断增厚.经过时效处理,钎料中的稀土元素Nd向界面富集并在界面附近生成了Nd3Sn相,同时微焊点的拉伸力不断减小,当时效720 h后,焊点的拉伸力下降了近50%.时效后焊点断裂方式由韧性断裂向脆性断裂转变.