原位合成高强度ZnAgCu钎料研究

AgCuZn合金具备低熔点、高强度的优势,作为无害化钎料在绿色制造中应用前景广阔,但高Zn含量导致的成形性能严重下降,限制了其使用。为克服该不足,文中设计了一种使用AgCu/ZnCu/AgCu复合焊片在钎焊过程中原位生成AgCuZn合金的方法。采用的复合钎焊片外层为AgCu共晶合金,内层为72ZnCu(质量分数)合金,二者熔点接近。使用复合钎焊片感应钎焊316LN不锈钢发现,钎焊过程中两种合金基本同时熔化,经短时间保温后可充分熔合,获得成分均匀的高强度钎缝,接头强度远高于常规AgCuZn钎料钎焊的接头强度。     

基于银合金先导润湿的铜磷钎料钎焊钢分析

基于低熔点合金先导润湿的原理,设计制备了一种表面覆盖低熔点银合金层的新型铜磷焊片.采用该焊片钎焊45碳钢,分析了界面反应机理及钎焊接头性能,并和使用普通铜磷焊片钎焊的碳钢接头进行了对比.结果表明,表面覆盖的低熔点银合金早于铜磷合金熔化润湿碳钢基体,并形成反应层,铜磷钎料熔化后与银合金层反应熔合,冷却后形成良好的冶金连接;与使用铜磷钎料直接钎焊的接头相比,银合金先导润湿钎焊的铜磷/碳钢界面化合物层厚度明显减小,抗剪强度超过160 MPa,断裂发生在靠近连接界面的钎焊材料内部,接头强韧性显著改善.     

基于银合金先导润湿的铜磷钎料钎焊钢

基于低熔点合金先导润湿的原理,设计制备了一种表面覆盖低熔点银合金层的新型铜磷焊片.采用该焊片钎焊45碳钢,分析了界面反应机理及钎焊接头性能,并和使用普通铜磷焊片钎焊的碳钢接头进行了对比.结果表明,表面覆盖的低熔点银合金早于铜磷合金熔化润湿碳钢基体,并形成反应层,铜磷钎料熔化后与银合金层反应熔合,冷却后形成良好的冶金连接;与使用铜磷钎料直接钎焊的接头相比,银合金先导润湿钎焊的铜磷/碳钢界面化合物层厚度明显减小,抗剪强度超过160 MPa,断裂发生在靠近连接界面的钎焊材料内部,接头强韧性显著改善.     

TiNi形状记忆合金与不锈钢激光钎焊AgCuZnSn钎料的研制

成功研制一种适合于TiNi形状记忆合金与不锈钢异质材料钎焊，并可安全应用于医学领域的新型AgCuZnSn银基钎料。对AgCuZnSn系钎料的熔化特性、微观组织、钎焊工艺特性及接头力学性能进行了研究。结果表明，所研制AgCuZnSn银基钎料成分为Ag51～53Cu21～23Zn17～19Sn7～9，固相线温度为590．0℃，液相线温度为635．3℃。该钎料主要由α—Ag固溶体、α-(Cu，Zn)固溶体和Ag-Cu共晶相组成，并含有少量Cu41Sn11、AgZn、Ag3Sn、Cu5Zn8等化合物。采用该钎料钎焊TiNi形状记忆合金与不锈钢，接头强度达320～360MPa，同时TiNi形状记忆合金性能损失较小。新型钎料熔点低、钎焊冶金特性优异，钎焊接头界面冶金结合平直、致密。     

Ga元素含量对银钎料组织及性能的影响

研究了Ga元素的添加对B17AgCuZnSn钎料固液相线温度、铺展性能、显微组织以及钎焊接头抗拉强度的影响规律. 采用火焰钎焊方法,得到H62黄铜与304不锈钢的对接接头. 结果表明,随着Ga元素含量的增加,B17AgCuZnSn钎料固液相线温度出现下降,在母材表面的铺展性能有所上升,B17AgCuZnSn-2Ga钎料铺展试验中出现“润湿环”现象. Ga元素的添加改善了银钎料的显微组织,当Ga元素质量分数为2%时B17AgCuZnSn钎料组织细小均匀. 此外,采用该系列钎料钎焊黄铜和不锈钢时,得到了致密无缺陷的钎焊接头,当B17AgCuZnSn钎料中Ga元素质量分数为2%时,钎焊接头的抗拉强度达到最大值387.2 MPa.     

低熔合金粉末对药芯银钎料钎焊过程的影响

为克服高锡含量的AgCuZnSn钎料因脆性大而难以加工成形的问题,借鉴药芯焊丝的理念,设计了添加CuSn合金粉粉芯的复合药芯银钎料,研究了粉芯中添加质量分数30%～70%Cu60Sn40合金粉对药芯银钎料的润湿性、紫铜/Q235钢钎焊接头组织、界面显微硬度及抗拉强度的影响。结果表明,钎焊过程中芯部CuSn合金粉和外层BAg30CuZnSn原位反应合成高锡含量的AgCuZnSn钎料,获得了成分均匀,结合良好的接头。随着药芯粉芯中合金粉含量的升高,复合药芯银钎料在紫铜板及Q235钢板上的润湿面积不断增大,Cu/Q235钢钎焊接头显微硬度不断升高,抗拉强度呈现先升高后降低的趋势。当药芯粉芯中CuSn合金粉的质量分数为30%时,Cu/Q235钢钎焊接头的抗拉强度取得最大值(198.91 MPa),提高了23.4%。     

一种新型低熔点钎料

许多高强度工程铝合金不能用钎焊焊接,因为这些合金在使用工业用铝钎料焊接时,或软化或熔化,以前研制出的铝钎焊填充合金虽极大降低了熔点,但是合金的机械性能差,接头易腐蚀,成本高,组成物质有毒性,易挥发,本文叙述了成分为７３Ａｌ－２０Ｃｕ－２Ｎｉ－５Ｓｉ（ｗｔ％）的新型钎焊合金的开发和评估情况,这种合金克服了上述缺陷。已设计出使用新型填充材料,采用无钎剂在钎焊铝合金的钎焊工艺,钎焊在惰性气体和真空炉中进     

AgCuZnSn钎料的热力学特性

为了揭示AgCuZnSn钎料的热力学特性,以BAg50Cu Zn钎料为原材料,采用熔炼合金化方法制备高锡AgCuZnSn钎料。借助差示扫描量热仪(DSC)测定不同Sn含量AgCuZnSn钎料的熔化温度,运用热分析动力学中的非等温微分法和积分法分析AgCuZnSn钎料的相变热力学特性。利用热力学熵的概念,提出AgCuZnSn钎料钎焊工艺熵和接头性能熵的数学表达式。结果表明:随着Sn含量升高,AgCuZnSn钎料的吸热峰向左偏移,且在吸热峰钎料相变温度区间变窄。非等温微分法和积分法得到的AgCuZnSn钎料的相变活化能随着Sn含量增加逐渐增大;当Sn含量相同时,两种方法得到的钎料相变活化能几乎相同。当Sn含量为7.2%(质量分数)时,AgCuZnSn钎料的相变活化能和指前因子值最大,分别为364.46 k J/mol和7.29×1020。试验结果证实了钎焊工艺熵和接头性能熵的表达式在一定程度上可定量表征AgCuZnSn钎料的钎焊性能。     

中间层厚度对复合钎料钎焊接头强度的影响

采用中间层Cu合金厚度不同的3种CT861复合钎料钎焊低碳钢,研究不同钎料钎焊接头的组织和强度。结果表明:中间层Cu合金厚度不同,复合钎料钎焊低碳钢接头抗剪强度不同,抗剪强度随中间层厚度增加而降低。中间层Cu合金厚度为0.075 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为214 MPa,Cu合金厚度为0.1 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为170 MPa,Cu合金厚度为0.15 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为137 MPa。可根据强度需要,选用不同厚度中间层的CT861复合钎料。     

Cf/SiC复合材料与Ti合金的Ag-Cu-Ti-TiC复合钎焊

以Ag-Cu-Ti-TiC复合钎料为中间层,在适当的工艺参数下真空钎焊Cf/SiC复合材料与Ti合金.利用SEM、EDS和XRD分析接头的微观组织结构,利用剪切实验检测接头的力学性能.结果表明:钎焊时,借助液态钎料,复合钎料中的Ti与Cf/SiC复合材料反应,在Cf/SiC复合材料与连接层界面形成Ti-Si-C、Ti-Si和少量TiC化合物的混合反应层;复合钎料中的Cu与Ti合金中的Ti发生互扩散,在连接层与Ti合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物过渡层;钎焊后,形成TiC颗粒强化的致密复合连接层,TiC的加入降低了接头的残余热应力,Cf/SiC/Ag-Cu-Ti-TiC/TC4接头的剪切强度明显高于Cf/SiC/Ag-Cu-Ti/TC4接头的.     

基于熵模型镀锡银钎料钎焊性能的定量表征

以BAg50CuZn钎料和BAg34CuZnSn钎料为基材，采用镀覆扩散组合工艺制备了两类镀锡银钎料，利用综合热分析仪、润湿试验炉、万能拉力试验机测定镀锡银钎料的熔化温度区间、润湿面积及钎焊接头抗拉强度，建立了钎料润湿熵和接头强度熵的数学模型，并与熔炼合金化制备的相同Sn含量的传统钎料进行对比. 结果表明，与相同Sn含量的传统钎料相比，镀锡银钎料的润湿熵值更小、强度熵值略高. 同等Sn含量条件下，镀锡银钎料和传统钎料润湿熵值的变化趋势，与对应钎料在316LN不锈钢表面的润湿面积随Sn含量的变化趋势基本一致，强度熵值的变化趋势与对应钎料钎焊316LN不锈钢接头的抗拉强度随Sn含量的变化趋势几乎吻合；润湿熵和强度熵的模型在一定程度上可定量预测镀锡银钎料的钎焊工艺性和接头力学性能.     

快速凝固Al-Si-Cu基钎料的性能

利用单辊急冷设备，制得了厚度为70～100μm的三种Al-Si-Cu薄带钎料。根据DTA测定结果，该快冷钎料液相线降低3～5℃。快冷钎料与普通钎料的润湿性和接头抗拉强度测定结果表明，快冷钎料润湿系数提高20％，抗拉强度提高30％。分析钉料和钎焊接头的微观组织可以发现，快冷钎料晶粒尺寸在0．6μm以下，元素分布均匀，在钎焊过程中与母材扩散性能好，有利于提高润湿性和接头抗拉强度。采用快速凝固制备薄带钎料，不仅工艺简单，且可获得性能更优良的钎料，并可用于开发新颖钎料。     

AgCuZn-X(Ga, Sn, In, Ni)钎料显微组织及钎焊接头研究

研究了不同合金元素Ga,Sn,In和Ni添加对Cd银基钎料及其钎焊接头的显微组织影响,同时对AgCuZn-X(Ga,Sn,In,Ni)钎料的对接和搭接实验做了对比实验分析。结果表明,添加Ga,Sn,In和Ni4种元素的银钎料具有"特有的镓结构",具有较低的固相线和液相线,其钎缝力学性能优异,由SEM观察钎缝显微组织可知,低银含镓钎料具有与高银高镓钎料相近的织网状致密组织,添加适当的元素可以显著提高低银钎料的性能。     

合金元素对AgCuZn系钎料合金组织与性能的影响

通过向AgCuZn系钎料合金中添加适量的合金元素Sn,Ni,P,研究了不同元素含量的Sn,Ni,P对AgCuZn系无镉钎料组织性能的影响.结果表明,随着Sn元素含量的增加,钎料的润湿铺展性能整体呈上升趋势;P元素的加入可以降低液态钎料与试件间的表面张力,改善钎料的润湿性和流动性.显微组织分析表明,AgCuZn系钎料合金微观组织主要由富Cu相、CuZn化合物相、Cu5.6Sn化合物相、Cu40.5 Sn11化合物相和Ag的析出相组成,AgCuZn钎料合金中加入Sn元素后生成粗大的树枝晶,使钎料脆性增大;钎料合金中加入Ni元素,生成灰黑色的Ni3P化合物相,微观组织细化;P元素的加入生成灰色的Cu3P化合物相.     

Development of Ag based brazing filler metal with low melting point

Abstract

This study was carried out to develop cadmium free silver based brazing filler metals that meet the following requirements. First, they have to have a melting point lower than that of BAg-1 brazing filler metal. Second, they have to have not only good wetting characteristics and the ability to produce a sound joint with excellent mechanical properties but also plastic formability. Using the calculated phase diagrams on Ag–Cu–Zn–Sn quaternary system alloys, the authors selected several alloys with a possibility of meeting the above requirements. The melting point and other properties, such as hardness and brazeability of the selected alloys, were evaluated. As a result, the authors successfully developed silver based brazing filler metals that have a low melting point below ～600°C and meet the above requirements by adding a small amount of indium as an alloying element into the Ag–Cu–Zn–Sn quaternary system alloy. The newly developed brazing filler metals are slightly inferior in wetting characteristics to BAg-1; however, the brazing filler metal containing ～3 mass-% indium element showed wetting characteristics comparable to those of BAg-1. Furthermore, the new brazing filler metals could produce joints with a high tensile strength equivalent to ～83% of that of a joint brazed using BAg-1.     

Study on high frequency brazing of brass-red copper

Two kinds of silver based medium temperature brazing filler metals(45AgCuZnSn and 60AgCuSn) were selected to braze and seal brass flange pipe and copper pipe by high frequency heating brazing. In this paper, the quality of the braze was evaluated by immersion ultrasound, and the microstructure of the brazed joint was observed by SEM and EDS. The experimental results show that the high frequency heating brazing can quickly achieve the device sealing; through the ultrasonic flaw detection image calculation, the brazed bonding rate obtained by 60AgCuSn brazing is 87%, and by 45AgCuZnSn brazing is 71%; the cross-sectional area of the brazed joint obtained by two kinds of silver based medium temperature brazing filler metals is observed, the brazed joint obtained by 45AgCuZnSn brazing has defects visual, and a large amount of Zn element gathered in the defects, there is no obvious porosity in the brazed joint by 60AgCuSn brazing,and the bonding layer is dense and coherent. Through the contrast test, the choice of 60AgCuSn alloy brazing can meet the needs of high frequency brazing of brass flange pipe and copper pipe.     

Ni-34Ti钎料钎焊TiAl合金接头界面结构及性能

采用Ni-34Ti共晶钎料实现了TiAl合金的钎焊连接,分析了TiAl合金钎焊接头的界面结构,重点研究了钎焊温度对接头组织及性能的影响规律.结果表明,Ni-34Ti共晶钎料主要由TiNi相和TiNi3相组成,钎料熔点为1 120 ℃.不同钎焊温度下获得的接头界面组织均呈现对称特征,无气孔和裂纹等缺陷,接头中主要形成了TiNiAl2,B2,TiNiAl和TiNi2Al四种物相.Al元素在钎缝中的快速扩散,促进了钎缝中Ti-Ni-Al三元化合物的形成.钎焊温度为1 180 ℃保温10 min条件下,TiAl合金接头获得了最大的室温抗剪强度87 MPa.剪切过程中,裂纹容易在富含TiNi2Al相的区域产生和扩展,大量脆性TiNi2Al相的存在对接头的性能是有害的.     

CuSnTiNi钎料真空钎焊金刚石

采用两种不同比例CuSnTiNi混合单质金属粉,对金刚石在1 040℃保温5 min进行了真空钎焊试验.利用SEM,EDS及XRD对金刚石焊后界面微结构和钎料的微观组织进行了测试分析.结果表明,适合钎焊金刚石的活性成分为BCu70Sn15Ti10Ni5（质量分数,%）,该钎料能够在钎焊时首先合金化,在金刚石表面形成了断续的TiC,实现了金刚石的高强度连接,金刚石的热损伤较小,钎料组织由α-Cu固溶体、δ-Cu₃₁Sn₈等相组成,该钎料显微硬度为130~180 HV0.1,比CuSnTi有较高的硬度.