Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi钎料对化学镀镍SiCp/6063Al复合材料真空钎焊接头组织和性能的影响

采用Sn3.0Ag0.5Cu3.0Bi软钎料对镀镍后的两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料进行真空钎焊。通过SEM、剪切试验等方法分析了化学镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头的显微组织以及保温时间对接头性能的影响。结果表明:两种不同体积比SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊后的焊缝组织致密,钎料对镀镍复合材料的润湿性良好;在270℃、保温35min的钎焊工艺下,钎焊接头的剪切强度最大值为38.3 MPa;钎料中的Sn、Cu元素能够与复合材料表面的Ni层发生化学反应,实现钎料与母材的冶金结合;镀镍后SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头断裂形式为韧性断裂为主的混合断裂,断裂主要发生在钎料内部,部分发生在镀镍层与钎料的结合处。     

高体积比SiCp/6063Al复合材料的铝基钎料制备及钎焊工艺研究

采用快速甩带技术制备了(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-1Ti(质量分数/%)急冷箔状钎料,并对60%体积分数的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊实验,然后对钎料及接头的显微组织与性能进行测定和分析。结果表明,急冷钎料的微观组织细小、成分均匀,厚80~90μm,主要包含Al、CuAl2、Si和Al2Ti等相。当升高钎焊温度(T/℃)或延长保温时间(t/min),SiCp/钎料界面的润湿性改善,6063Al基体/钎料间互扩散和溶解作用增强,接头连接质量逐渐提高。当T=590℃、t=30min时,接头抗剪强度达到112.6 MPa;当T=590℃、t=50min时,少量小尺寸SiCp因液态钎料排挤而分散于钎缝,因加工硬化而使接头强度递增7.3%。然而,当T≥595℃、t≥60min时,SiCp偏聚于钎缝,导致接头组织恶化,且剪切断裂以脆性断裂为主。综合考虑钎焊成本与接头强度使用要求,确定最佳钎焊工艺为590℃、30min。     

高体积比SiCp/6063Al复合材料的铝基钎料制备及钎焊工艺研究

采用快速甩带技术制备了(Al-10Si-20Cu-0.05Ce)-1Ti(质量分数/％)急冷箔状钎料,并对60％体积分数的SiCp/6063Al复合材料进行真空钎焊实验,然后对钎料及接头的显微组织与性能进行测定和分析.结果表明,急冷钎料的微观组织细小、成分均匀,厚80～90μm,主要包含Al、CuAl2、Si和Al2Ti等相.当升高钎焊温度(T/℃)或延长保温时间(t/min),SiCp/钎料界面的润湿性改善,6063Al基体/钎料间互扩散和溶解作用增强,接头连接质量逐渐提高.当T=590℃、t=30 min时,接头抗剪强度达到112.6MPa;当T=590℃、t=50 min时,少量小尺寸SiCp因液态钎料排挤而分散于钎缝,因加工硬化而使接头强度递增7.3％.然而,当T≥595℃、t≥60 min时,SiCp偏聚于钎缝,导致接头组织恶化,且剪切断裂以脆性断裂为主.综合考虑钎焊成本与接头强度使用要求,确定最佳钎焊工艺为590℃、30 min.     

高体积比SiCp/A356复合材料真空扩散钎焊接头组织与性能研究

采用快速甩带技术制备了7组(Al-33.3Cu-6.0Mg)-xNi(x=0,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0,质量分数/%)急冷箔状钎料,分别对化学镀Ni-P合金前后的SiCp/A356复合材料进行真空扩散钎焊。通过剪切实验对钎焊接头的抗剪强度进行测定,并利用扫描电镜和能谱分析等方法对接头微观组织进行观察和分析。结果表明,当向Al-33.3Cu-6.0Mg钎料合金中添加不同含量的Ni时,其急冷钎料的固-液相线(504~522℃)变化较小;当w(Ni)=3%且在570℃、保温30min的钎焊工艺下,A356基体/钎料两界面间发生适当的互扩散和溶解现象(585℃时出现溶蚀缺欠),且部分钎料/SiC颗粒的接触界面发生Mg参与的化学反应,接头抗剪强度达到64.97 MPa;而在同种钎焊工艺下,对于化学镀Ni-P合金镀层后的SiCp/A356复合材料,其接头处A356基体/Ni-P合金镀层/钎料等接触界面易于形成富含Al、Ni的致密反应层,接头连接质量显著提高,且w(Ni)=4%时,接头抗剪强度达到79.96 MPa。     

Al-20Cu-9.6Si-xEr钎料对SiC_p/A356复合材料真空钎焊接头组织与性能的影响EI北大核心CSCD

采用不同铒含量的7组Al-20Cu-9.6Si-xEr钎料分别对SiCp/A356复合材料进行了真空钎焊。利用扫描电镜和能谱分析等方法对接头微观组织进行了观察和分析。通过剪切实验对钎焊接头的抗剪强度进行了测定,并对剪切断口的微观形貌进行了观察。结果表明：添加稀土后,钎焊接头的抗剪强度明显提高。当w（Er）=0%时,钎缝处SiC颗粒聚集严重,接头强度为43.5MPa;当w（Er）=0.05%时,钎缝边界无SiC颗粒的聚集,接头强度最高,达到68.6MPa;当w（Er）=0.1%-0.4%时,钎缝处SiC颗粒聚集趋势减弱,接头强度值在45.3-50.5MPa之间;当w（Er）=0.5%时,SiC颗粒分布在钎缝内部,接头强度明显提高,达到62.2MPa。     

SiC陶瓷真空钎焊接头的组织及性能分析

采用BNi-5钎料对SiC陶瓷进行真空钎焊, 获得了力学性能良好的SiC钎焊接头, 并对焊缝的微观结构和形成过程进行了分析。研究结果表明, Ni基钎料与SiC母材发生反应生成层状界面反应层结构, 所形成的SiC钎焊接头钎缝微观形貌可以表述为:SiC母材/石墨+Ni₂Si/Ni₂Si/石墨+Ni₂Si/Cr₃Ni₂SiC/Ni+Cr₃Ni₅Si₂/Cr₃Ni₂SiC/石墨+Ni₂Si/Ni₂Si/石墨+Ni₂Si/SiC母材。所得SiC钎焊接头常温力学性能较好, 平均钎焊接头剪切强度可达到124 MPa。Ni基钎料钎焊SiC陶瓷接头的断裂位置位于钎料与陶瓷基体间的界面反应层, 主要原因是界面反应层中Ni₂Si和Cr₃Ni₂SiC等脆性化合物在钎焊接头拉伸变形过程中会产生应力集中, 在残余钎焊应力的共同作用下钎焊接头发生断裂。     

SiC陶瓷真空钎焊接头显微组织和性能

在高真空条件下采用Ti-35Zr-35Ni-15Cu(质量分数/%)钎料对SiC陶瓷进行了钎焊连接,研究了接头界面组织的形成过程以及工艺参数对接头性能的影响。结果表明:钎料与SiC陶瓷发生了复杂的界面反应,生成了多种界面产物。当钎焊温度为960℃,保温时间为10min时,SiC陶瓷侧形成了连续的TiC和Ti5Si3+Zr2Si层,同时Ti5Si3+Zr2Si向钎缝中心生长呈长条状。SiC陶瓷到接头钎缝中心的显微组织依次为:SiC/TiC/Ti5Si3+Zr2Si/Zr(s,s)/Ti(s,s)+Ti2(Cu,Ni)/(Ti,Zr)(Ni,Cu)。钎焊温度为960℃,保温时间为30min时,长条状的Ti5Si3+Zr2Si贯穿了整个接头。钎焊接头强度随着钎焊温度的升高和钎焊时间的延长都呈现先增大后减小的趋势。当钎焊温度为960℃,保温时间为10min时,接头的剪切强度最高,达到了110MPa。     

低温玻璃钎料钎焊高体积分数SiCp/Al复合材料与电子玻璃的工艺及性能研究

本研究在大气环境下将PbO-ZnO-SiO2系非晶玻璃粉末和PbTiO3晶体粉末等比例混合均匀制得了复合玻璃钎料,实现了高体积分数SiCp/6063Al复合材料和DM305玻璃之间的连接.结果表明:当封接温度为480℃,保温30 min,复合玻璃钎料完成了预氧化后的复合材料与DM305玻璃之间的连接,接头无裂纹、气孔等缺陷,剪切强度为7.55 MPa,气密性为1×10-8 Pa·cm3/s,符合使用要求.在封接过程中,复合玻璃钎料与母材的氧化膜相溶,在复合材料一侧出现了Al元素的扩散现象.     

钎缝间隙对316L不锈钢真空钎焊接头组织的影响

采用镍基钎料BNi2+40%BNi5对316L不锈钢进行真空钎焊。主要通过光学显微镜、电子探针显微分析仪、硬度计等研究了3种钎缝间隙下钎焊接头的显微组织、钎缝成分分布以及钎缝显微硬度。结果表明316L不锈钢的钎焊接头主要由固溶体、共晶组织及网状化合物组成,硼、硅是导致化合物相产生的主要合金元素;随着钎缝间隙的减小,钎焊接头中金属间化合物相的含量逐渐减小,当钎缝间隙为30μm时,接头组织基本为固溶体。     

半导体激光钎焊无铅钎料润湿铺展性能的研究

采用半导体激光软钎焊系统对Sn-Ag-Cu无铅钎料在Cu基体上进行了润湿铺展性能实验,研究了半导体激光工艺参数对Sn-Ag-Cu无铅钎料润湿铺展性能的影响规律.结果表明:随着激光输出功率的增加,无铅钎料的铺展面积逐渐增加,润湿角逐渐减小;当激光输出功率增加到某一特定范围时,无铅钎料的润湿铺展性能达到最佳.在一定的激光输出功率范围内,随着激光钎焊时间的增加,无铅钎料在Cu基体上的润湿铺展性能逐渐优化,并在激光钎焊时间达到一定值时达到最佳.当激光输出功率过低或过高时,无论怎样改变激光钎焊时问,液态钎料在Cu基体上的润湿铺展效果均很差.     

扭转圈数对高压扭转SiC_P/Al复合材料界面扩散行为和组织性能的影响

采用OM和EDS研究不同扭转圈数下高压扭转法制备SiC_P/Al复合材料的显微组织和界面扩散行为,并结合组织特点和界面特征分析扭转圈数对复合材料拉伸性能和断裂机理的影响。结果表明:扭转圈数的增加可以有效提高SiC颗粒分布的均匀性,闭合孔隙,界面处Al元素扩散能力增强,扩散距离增大,Al扩散系数实际计算值较理论值增大了10~(17)倍,形成以元素扩散和界面反应为主的强界面结合,试样抗拉强度和伸长率不断提高,少量的SiC颗粒均匀分布在断口韧窝中,断裂主要以基体的韧性断裂为主;当扭转圈数较大时,SiC颗粒在剧烈剪切作用下破碎加剧,颗粒"再生团聚"导致孔隙率增大,潜在裂纹源增多,形成大量结合强度较低的断裂新生界面,试样抗拉强度和伸长率显著降低,在团聚位置易形成尺寸较大的深坑韧窝,复合材料断裂呈现韧性断裂与脆性断裂的混合模式。     

回流次数对无铅焊点组织演变及可靠性的影响

目的研究不同回流次数对焊点形貌以及组织演变的影响,并通过力学性能来表征不同回流次数下焊点的可靠性。方法利用置球法将Sn3Ag0.5Cu小球置于Cu基板表面,随后在回流焊机中形成焊点,并进行不同次数回流焊接得到所需焊点,横截镶样打磨腐蚀后,利用光学显微镜、扫描电子显微镜进行显微组织观察,并用推拉试验机进行剪切测试。结果在焊点反应过程中,由于熔融焊料中析出的过饱和Cu和Sn会在焊料部分形成中空的Cu6Sn5管状物和片状的Sn基体,但随着反应的持续,这些物质逐渐消失。在IMC层的形成过程中,伴随着大量Cu6Sn5颗粒的产生,随着反应的持续,颗粒数量逐渐减少,IMC层厚度逐渐增加,但增加速度减缓。结论在IMC层的生长过程中,大块IMC会吞噬Cu6Sn5小颗粒来增加自身体积,从而抑制小颗粒的产生,最终减缓自身的生长。此外随着回流次数的增加,焊点由韧性断裂逐渐转变为韧脆性混合断裂,对焊点可靠性的降低具有一定影响。     

Sn-Sb-Cu-Ni焊料和焊点在低温条件下组织和性能研究

为保证Sn-Sb-Cu-Ni合金及焊点在低温环境下使用可靠性,将SnSb 4.5CuNi合金焊料和焊点在25,-10,-20,-60℃恒温环境中进行储存565天后,考察了不同温度下SnSb 4.5CuNi合金微观组织形貌、物相、密度、电导率、抗拉强度和塑性的变化,通过纳米压痕法测量SnSb 4.5CuNi/Cu焊点界面过渡层Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的硬度和弹性模量,对焊接接头进行抗拉强度、剪切强度和低周疲劳测试。结果表明:合金主要由SbSn和β-Sn组成,低温处理565天后合金组织形貌逐渐转变为树枝状组织,焊料合金的密度和电导率均随温度降低而升高,表明经低温储存后合金没有发生灰锡转变,但脆性SbSn相析出量的增多和枝晶组织致使铸态合金的拉伸强度降低,增加了合金脆断风险;随着温度的下降,焊接界面IMC层的弹性模量和硬度增大,焊件拉伸破坏模式从焊料内部转为IMC层,断口越趋平整,焊件的抗拉强度、抗剪强度下降,呈现了低温脆性断裂的倾向。     

Ni元素对Sn-9Zn-3Bi无铅钎料显微组织和性能的影响

利用真空箱式电阻炉制备了Sn-9Zn-3Bi-xNi无铅钎料合金,并对其显微组织和主要性能(熔点、熔程、抗氧化性、润湿性、剪切强度)及钎焊接头断口形貌进行了分析。结果表明,少量Ni的加入可以细化Sn-9Zn-3Bi合金的显微组织,而对其熔点影响较小。当Ni添加量为0.1%和0.5%时,钎料的熔程变化不大,Ni添加量为1%时,钎料的熔程增大比较明显。随着Ni添加量增多,无铅钎料的抗氧化性能和润湿性能提高。Ni添加量在0.1%和0.5%时,钎焊接头的剪切强度变化不大,但韧性增加;Ni添加量在1%时,钎焊接头的剪切强度略有增大,但韧性降低。     

Cu/Sn37Pb/Cu钎焊接头界面微观结构及其剪切性能

本工作借助扫描电镜(SEM)等手段,针对Cu/Sn37Pb/Cu钎焊接头进行剪切断裂实验,考察并分析钎焊及等温时效处理后焊点接头金属间化合物(IMC)的生长情况以及搭接焊点的剪切强度和断裂模式,旨在深入研究高体积分数界面IMC层对钎焊接头剪切性能及断裂形貌的影响。实验结果表明:在时效处理过程中,界面Cu3Sn层逐渐增厚且逐渐变得平坦。此外,在Cu3Sn/Cu界面观察到柯肯达尔空洞现象,随着时效时间的延长,空洞数量增多且尺寸变大。随着界面IMC层厚度增加,接头的剪切强度先增加后下降,这可能是由于脆性IMC厚度过大或粗化的富Pb相和富Sn相增多引起的。当时效时间与钎焊时间较短时,焊点具有较高体积分数的本体焊料,焊点断裂模式为韧性断裂,随着时效时间或钎焊时间的延长,焊点内IMC体积分数逐渐升高,焊点断裂模式开始转变为韧脆混合断裂,最后转变为脆性断裂。     

Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响

采用浸泡模拟实验方法、电化学极化和电化学阻抗谱测试技术,研究了Cl~-浓度对SiC_P/Al复合材料电化学腐蚀行为的影响。结果表明:SiC_P/Al复合材料在Cl~-介质下钝化现象不明显,腐蚀过程主要为点蚀腐蚀。随Cl~-浓度增加,SiC_P/Al复合材料腐蚀速率增加,点蚀电位降低,且复合材料的腐蚀过程机制表现为由单纯电荷传递过程机制向电荷传递过程与腐蚀产物扩散共同作用的混合机制转变。电化学阻抗谱随Cl~-浓度增加呈现出2种类型:单一容抗弧类型、高频区容抗弧和低频区一条与实轴呈45°直线(经典Warburg阻抗)组合的复合类型。     

钛网添加对镁/铝复合板微观组织和力学性能影响研究

目的 有效抑制镁/铝复合板界面处金属间化合物的形成。以钛网为中间金属夹层,研究它对镁/铝复合板微观组织和力学性能的影响。方法 利用复合轧制技术制备以钛网为中间金属夹层的镁/铝-钛复合板,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机等对复合板退火前后的微观组织和力学性能进行表征和分析,系统研究中间层钛网对轧制态和退火态复合板微观组织、织构、拉伸性能、界面结合强度的影响规律。结果 中间层钛网均匀分布在镁/铝-钛复合板界面处,钛网的添加能有效抑制复合板退火过程中镁-铝金属间化合物的连续生长,减少金属间化合物的数量。与镁/铝复合板相比,钛网的添加对轧制态和退火态复合板中镁层和铝层的平均晶粒尺寸和织构类型的影响较小。与镁/铝复合板相比,钛网的添加降低了轧制态复合板的界面剪切强度和延伸率,但极大提升了退火态复合板的界面剪切强度、拉伸强度和延伸率。结论 中间层钛网的添加可有效减少复合板界面处金属间化合物的数量,提升退火态复合板的综合力学性能。     

超声化学原位合成纳米Al_2O_3/6063Al复合材料组织及高温蠕变性能

为研究纳米颗粒增强铝基复合材料的高温蠕变特性,基于6063Al-Al2(SO4)3体系,采用超声化学原位合成技术,制备出不同Al2O3体积分数(5%、7%)的纳米Al2O3/6063Al复合材料,通过高温蠕变拉伸试验测试其高温蠕变性能,利用XRD、OM、SEM及TEM分析其微观形貌。结果表明:施加高能超声可显著细化增强体颗粒并提高其分布的均匀性,所生成的Al2O3增强颗粒以圆形或近六边形为主,尺寸为20~100nm;纳米Al2O3/6063Al复合材料的名义应力指数、表观激活能和门槛应力值与基体相比大幅提高,均随着增强体体积分数的增加而提高,表明纳米Al2O3/6063Al复合材料的抗蠕变性能提高;纳米Al2O3/6063Al复合材料的真应力指数为8,说明复合材料蠕变机制符合微结构不变模型,即受基体晶格扩散的控制;纳米Al2O3/6063Al复合材料的高温蠕变断口特征以脆性断裂为主,高应力下形成穿晶断裂,低应力下形成沿晶断裂和晶界孔洞;纳米Al2O3/6063Al复合材料的主要强化机制为位错强化与弥散强化。     

单一稀土Ce和混合稀土RE对Sn-Zn-Cu系无铅焊锡合金性能的影响

主要研究了单一稀土Ce和混合稀土RE对Sn-Zn-Cu系无铅焊锡合金性能的影响.试验结果表明:混合稀土RE比单一稀土Ce对钎料合金的熔点影响要小;混合稀土RE比单一稀土Ce更有利于改善钎料合金的润湿性能;混合稀土添加量为0.05%时,Sn-8Zn-2Cu-0.05RE试样合金的剪切应力最大,塑性变形最好.总之,从改善钎料合金的综合性能来看,混合稀土对钎料合金的性能有很大的提高,且添加混合稀土含量不超过0.05%.