离子注入影响高纯氧化铝钎焊性能的研究

使用Ag-Cu-Ti活性钎料在真空环境下钎焊高纯氧化铝和金属,能够获得具有一定气密性和强度的接头,但是存在Ag-Cu-Ti活性钎料质量不稳定,活性钎料与陶瓷的反应层组织、厚度、成分不易控制的缺点。为了稳定地获得满足更高气密性和强度要求的陶瓷-金属封接接头,尝试先采用离子注入使陶瓷表层金属化,再使用非活性Ag-Cu钎料进行陶瓷和金属连接的方法。文中分别使用Ag-Cu-Ti活性钎料和Ag-Cu非活性钎料在真空环境下钎焊不同离子注入剂量的高纯氧化铝陶瓷和金属铌,研究了离子注入剂量对接头组织、界面反应和接头性能的影响,并分析了相关原因。     

B4C-TiB2-SiC-TiC复合陶瓷钎焊接头微观组织及力学性能

采用Ag-Cu-Ti钎料及Ag-Cu-Ti+B4C复合钎料对高性能B4C-TiB2-SiC-TiC(BTST)复合陶瓷进行了钎焊连接,分析了Ag-Cu-Ti钎料在复合陶瓷表面的润湿行为,研究了钎焊温度、保温时间以及B4C含量对接头界面组织及力学性能的影响。结果表明：钎料对BTST复合陶瓷具有良好的润湿性,界面反应主要发生在Ti与复合陶瓷之间,反应产物主要为TiC和TiB。钎焊温度和保温时间显著影响钎焊接头的界面组织和力学性能。随着钎焊温度的提高或保温时间的延长,BTST复合陶瓷侧界面反应层逐渐增厚,钎缝组织趋向于形成Ag-Cu共晶组织,钎焊接头弯曲强度先升高后降低。随着钎料中B4C含量的增加,接头中陶瓷侧反应层厚度急剧降低,钎缝区域组织得到细化,接头强度先升高后降低。当添加B4C颗粒含量为1wt.%,钎焊温度890℃,保温时间15 min时,钎焊接头弯曲强度最高为314.2 MPa。     

立方氮化硼钎焊制备磨料砂轮的工艺及性能研究

利用Ag-Cu-Ti活性钎料在真空炉中钎焊,制备了单层钎焊CBN(立方氮化硼)磨料砂轮。实验结果表明,Ag-Cu-Ti合金钎料对立方氮化硼表现出良好的浸润性,并将立方氮化硼牢牢钎焊住。扫描电镜、X-射线能谱和X-射线衍射对界面微区组织的分析研究表明,钎焊过程中Ag-Cu-Ti合金钎料中的Ti向立方氮化硼磨粒界面富集,并与立方氮化硼磨料表面的N和B元素发生反应生成TiN和TiB2。     

钎焊及其设备

Ag-Cu-Ti钎料钎焊金刚石的界面微观组织分析;SnCu钎焊接头稳态蠕变本构方程建立;Cu颗粒增强复合钎料钎焊接头的蠕变断裂及强化机理;Pd-Co-Ni-V钎料钎焊SiC陶瓷的接头组织及性能;SiCp／Cu复合材料的真空钎焊     

钎焊及其设备

Ag-Cu-Ti钎料钎焊金刚石的界面微观组织分析;SnCu钎焊接头稳态蠕变本构方程建立;Cu颗粒增强复合钎料钎焊接头的蠕变断裂及强化机理;Pd-Co-Ni-V钎料钎焊SiC陶瓷的接头组织及性能;SiCp／Cu复合材料的真空钎焊     

Ag-Cu基复合钎料钎焊SiC陶瓷

向Ag-Cu-Ti粉末添加碳化硅颗粒(SiC_p)增强相构成复合钎料,用于钎焊SiC陶瓷材料,借助扫描电镜(SEM)观察钎焊接头内部组织,采用万能试验机测试焊缝剪切强度。结果表明,在Ag-Cu基钎料及活性Ti成分一定的条件下,V_(SiC_p)在10%～15%时,接头中SiC_p均匀分布,且其与Ag-Cu-Ti钎料基体组织结合紧密,形成强毛细作用,促进接头内活性元素Ti的扩散能力,在SiC陶瓷/钎料界面形成约4μm致密层,成分相主要由TiC、Ti_5Si_3、Ti_3SiC_2组成。SiC_p含量为15%时,接头处的剪切强度提高至138 MPa。该成分钎料不仅具有较好的填缝能力,而且显著优化接头的力学性能,是一种很有潜力的钎焊陶瓷的复合钎料。     

复相Al2O3／SiSw陶瓷与不锈钢的钎焊工艺

采用氩气保护下的活性金属钎焊法对碳化硅晶须增韧氧化铝陶瓷（Al2O3/SiCw）与不锈钢（1Cr18Ni9Ti）进行了钎焊。通过对钎料润湿性的研究确定钎焊试验的温度和时间范围；通过剪切试验研究了钎焊工艺参数对接头强度的影响。试验结果表明，升高温度和增加时间均会提高钎料对陶瓷的润湿性，且温度超过950℃或时间超过15min后，润湿角下降不明显。在氩气下，用Ag-Cu-Ti3钎料对陶瓷与不锈钢进行钎焊可以获得好的效果。钎焊工艺参数对接头强度影响很大，在钎焊温度为900℃、钎焊时间为15min时，钎焊接头的强度平均可达到72MPa。     

Al2O3弥散强化铜与T2铜的真空钎焊工艺研究

使用Ag-Cu-Ti钎料以及Ag-Cu-Ti+BAg72Cu复合钎料对Al2O3弥散强化铜与T2铜进行真空钎焊,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和性能的影响。结果表明,温度过低,钎料与母材相互冶金作用较弱,接头性能较差;温度过高或保温时间过长,钎料向弥散强化铜中毛细渗入严重,焊缝中出现孔洞,接头强度也下降。利用Ag-Cu-Ti+BAg72Cu复合钎料进行钎焊能有效提高接头强度。     

Ag—Cu—Ti急冷钎料在Si3N4陶瓷上的润湿性研究

采用单辊急冷装置成功制备了3种成分的Ag-Cu-Ti箔带钎料,分析了其熔化特性和结构及其在Si3N4陶瓷上的润湿性.试验结果表明:上述急冷箔带钎料与常规钎料相比,熔化温度更低,熔化温度区间更窄,但其结构并不是非晶;在相同的工艺条件下,(Ag72Cu28)96Ti4在Si3N4陶瓷上的润湿性最佳;随钎焊温度和保温时间的增加,Ag-Cu-Ti急冷和常规钎料在Si3N4陶瓷上的浸润面积均增大;在相同钎焊工艺条件下,同成分急冷钎料在Si3N4陶瓷上的铺展面积明显大于常规钎料,这是由于急冷钎料的熔化特性和结构不同所导致的.     

金属/陶瓷发热体直接钎焊接头的应力分析

采用热弹塑性有限元方法,在考虑了材料性能参数随温度变化的情况下,分析了采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊Al2O3陶瓷与镍金属丝的钎焊接头,在钎焊和随后再次加热过程中产生的应力大小和分布情况,计算中着重考虑了钎料对接头残余应力的影响.结果表明,在钎料与陶瓷的界面处存在着较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度,并可能在界面的陶瓷侧产生裂纹.通过试验对比,认为在此类连接结构中,钎料是造成接头形成较大残余应力的主要因素.并指出钎料性能参数是决定有限元计算精度的主要因素,要使计算结果与实际情况尽量符合,钎料性能参数的正确选择是关键.     

Al2O3/SUS304 Brazing via AgCuTi-W Composite as Active Filler

Alumina ceramic (α-Al₂O₃) was brazed to stainless steel (SUS304) using an Ag-Cu-Ti + W composite filler and a traditional active brazing filler alloy (CuSil-ABA). Then, the effects of the presence of W particles and of the brazing parameters on the microstructures and mechanical properties of the brazed joints were investigated. The maximum tensile strength of the joints obtained using Ag-Cu-Ti + W composite filler was 13.2 MPa, which is similar to that obtained using CuSil-ABA filler (13.5 MPa). When the joint was brazed at 930 °C for 30 min, the tensile strengths decreased for both kinds of fillers, although the strength was slightly higher for the Ag-Cu-Ti + W composite filler than for the Ag-Cu-Ti filler. The interfacial microstructure results show that the Ti reacts with W to form a Ti-W-O compound in the brazing alloy. When there are more W particles in the brazing alloy, the thickness of the Ti _X O _Y reaction layer near the alumina ceramic decreases. Moreover, W particles added to the brazing alloy can reduce the coefficient of thermal expansion of the brazing alloy, which results in lower residual stress between the Al₂O₃ and SUS304 in the brazing joints and thus yields higher tensile strengths as compared to those obtained using the CuSil-ABA brazing alloy.     

采用两种银基活性钎料钎焊AlN陶瓷与可伐合金的接头组织与性能

采用Ag-Cu-Ti和Ag-Cu-In-Ti两种活性钎料箔带,分别在860℃/10 min和760℃/10 min两种规范下对AlN与可伐合金(4J29)进行了真空钎焊连接,获得了冶金质量良好的接头. 对接头室温抗剪强度进行了测试,AlN/Ag-Cu-Ti/4J29和AlN/Ag-Cu-In-Ti/4J29两种接头强度分别为126和113 MPa. 微观分析结果表明,两种接头中靠近陶瓷母材附近生成了连续的扩散反应层,结合XRD结果,该层主要由TiN相组成,反应层的厚度对接头强度有影响;钎缝基体区由铜基固溶体、银基固溶体和复杂的Ni(Fe,Co)-Ti化合物组成.     

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.     

An Innovative Joint Structure for Brazing Cf/SiC Composite to Titanium Alloy

In view of aerospace applications, an innovative structure for joining a Ti alloy to carbon fiber reinforced silicon carbide has been developed. This is based on the perforation of the CMC material, and this procedure results in six-fold increase of the shear strength of the joint compared to the unprocessed CMC. The joint is manufactured using the active brazing technique and TiCuAg as filler metal. Sound joints without defects are produced and excellent wetting of both the composite ceramic and the metal is observed. The mechanical shear tests show that failure occurs always within the ceramic material and not at the joint. At the CMC/filler, Ti from the filler metal interacts with the SiC matrix to form carbides and silicides. In the middle of the filler region depletion of Ti and formation of Ag and Cu rich regions are observed. At the filler/Ti alloy interface, a layered structure of the filler and Ti alloy metallic elements is formed. For the perforation to have a significant effect on the improvement of the shear strength of the joint appropriate geometry is required.     

表面活化Al2O3陶瓷与5005铝合金真空钎焊

采用Al-Si钎料对经过Ag-Cu-Ti粉末活性金属化处理的Al₂O₃陶瓷与5005铝合金进行了真空钎焊,研究了钎焊接头的典型界面组织,分析了钎焊温度对接头界面结构特征及力学性能的影响. 结果表明,接头典型界面结构为5005铝合金/α-Al+θ-Al₂Cu+ξ-Ag₂Al/ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu+Al₃Ti/Ti₃Cu₃O/Al₂O₃陶瓷. 钎焊过程中,Al-Si钎料与活性元素Ti及铝合金母材发生冶金反应,实现对两侧母材的连接. 随着钎焊温度的升高,陶瓷侧Ti₃Cu₃O活化反应层的厚度逐渐变薄,溶解进钎缝中的Ag和Cu与Al反应加剧,生成ξ-Ag₂Al+θ-Al₂Cu金属间化合物的数量增多,铝合金的晶间渗入明显;随钎焊温度的升高,接头抗剪强度先增加后降低,当钎焊温度为610 ℃时,接头强度最高达到15 MPa.     

Brazing Si3N4 ceramic to AISI 5140 steel under pressure

Pressures (0 to 40 MPa) were applied to the joints of Si₃N₄ ceramic to 5140 steel during vacuum brazing with Ag-Cu-Ti active filler metal. Pressurization started at various temperatures (873,973, and 1073 K) and ended at room temperature during cooling. Results show that there is an optimum starting temperature to pressurize, at which the maximum room temperature shear strength of the joint is obtained.     

CVD金刚石膜的钎焊界面反应层及微结构

借助扫描电镜和电子探针,分析了金刚石与Ag-Cu-Ti活性钎料界面反应层的微观组织结构、界面新生化合物的形成机理以及焊接工艺条件对界面结构的影响,建立了钎焊接头界面结构物理模型.结果表明,在一定的钎焊工艺条件下,金刚石/钎料界面存在灰色的新生化合物TiC,与TiC相邻的是蜂窝状的TiCu相;接头断裂不仅仅发生在TiC相中,有时断裂也发生在TiCu层.钎焊加热温度、保温时间、钎料层的含Ti量对CVD金刚石厚膜与硬质合金的接头结构模型有重要影响.     

蓝宝石/4J33合金钎焊接头残余应力的数值模拟分析

采用有限元法和弹塑性理论,结合ANSYS15.0软件,对使用Ag-Cu-Ti8为钎料的蓝宝石/4J33合金活性钎焊接头的温度场和应力场进行了数值仿真模拟. 温度场分析得到钎焊接头不同位置降温的快慢情况,应力场分析得到蓝宝石内最大拉应力位于外侧端面,为538 MPa,并向界面延伸,通过实际拉伸试验得出接头断裂部位与模拟结果吻合,当钎料层厚度为150 μm时,径向残余应力最小,因而可以选择适当的钎缝层厚度以减少残余应力,文中的模拟计算结果能有效指导蓝宝石/4J33合金活性钎焊工艺,有利于保证实际接头强度和可靠性.     

Ag-Cu-Ti活性钎料热力学分析

在陶瓷与金属的活性钎焊连接技术中，Ag—Cu—Ti合金是研究和应用最多的钎料之一。合金组元Ti的活度是影响钎料／陶瓷界面反应的关键因素，对钎料与陶瓷的润湿性和连接能力起着重要的作用。作者借助热力学对Ag—Cu—Ti活性钎料进行了热力学分析，重点分析了Ti的热力学活度及其与组分浓度之间的关系，计算了各组分之间的相互作用参数。分析和计算结果表明，Ti的活度随着Cu含量的增加而减小，随着Ag含量的增加而增大；Ag与Ti之间存在较大的排斥作用，两者的相互作用参数为32．83kJ／mol；而Cu与Ti之间存在强烈的吸引作用，其相互作用参数为-16．14kJ／mol；Ag—Cu—Ti合金中添加某些与Cu的结合力大、与Ti的结合力小、且与合金组元不形成高熔点化合物或脆性相的合金元素，有利于提高合金中的Ti活度。