航空航天领域常用高温钎料研究现状

近年来随着航空航天工业的发展,各类飞行器核心功能部件面临着使役环境愈发极端化的问题。超高速、高温等服役环境对各类零部件的整体性能提出了更高的要求,因此针对航空航天领域用高温钎料的研究尤为重要。在航空航天领域常用的高温钎料包括镍基钎料、钴基钎料、钛基钎料、锰基钎料、贵金属钎料和高熵钎料等,通常应用于不锈钢、高温合金、钛合金以及新型陶瓷材料等的钎焊连接。主要针对在航空航天领域中常用的几种高温钎料,对钎料的元素组成和特性进行总结,对钎料的成形特点和工艺进行介绍,对研究和应用现状进行分析,并对航空航天领域的钎料与钎焊技术提出建议与展望,以期为提升钎焊技术在航空航天领域的应用价值提供参考和指导。     

无铅钎料的研究与开发

由于现行的Ｓｎ－Ｐｂ合金钎料中铅是有毒的，因此研究开发无铅软钎料是我国电子材料行业所面临的新课题。     

Ag-Cu-In-Sn钎料加工工艺的研究

Ag-Cu-In-Sn系合金钎料,熔化温度在557～693℃之间,适合于电真空、半导体及微电子器件在真空或保护气氛中无钎剂中温钎焊.对In Sn含量为20%的Ag-Cu-In-Sn合金,采用强制大变形热挤压开坯的方式,得到了0.1 mm以下的薄带钎料.通过金相观察、SEM、XRD及拉伸力学试验对钎料的金相组织、相结构、熔化温度及力学性能进行了分析测试.结果表明:对In Sn含量为20%的Ag-Cu-In-Sn合金钎料,采用强制大变形热挤压开坯,可得到0.1 mm以下的薄带钎料,成材率达到60%以上;Ag-Cu-In-Sn合金主要由具有面心立方结构的富Ag的α相和具有复杂结构富Cu的β相,及少量的Cu41Sn11、Ag3 In、CuSn等中间相化合物组成;材料的抗拉强度高达495 MPa;材料的断裂机制为微孔聚集型断裂,微观组织中有明显的韧窝存在.     

镍基钎料的相组成及其显微组织

采用光学显微镜、X射线衍射仪、电子探针及其能谱仪等仪器对五种不同化学成分的铸态镍基钎料的相组成和显微组织进行了分析。结果表明：五种镍基钎料的相组成和显微组织在一定程度上存在差异,但均为镍固溶体＋化合物共晶组织。     

钛基钎料的活性及理化性能对比研究

对两种钛基钎料非晶态箔带的氧化行为、钎焊接头性能及非晶箔带成型性能等方面进行对比研究 .研究结果对钛基钎料的选择与成分设计有一定帮助 .     

凝固方式对Sn-Bi钎料组织和性能的影响

采用炉冷、空冷、水冷和液氮冷却方式以及外加磁场的方法研究不同的凝固方式对Sn-Bi钎料的冲击韧性和显微组织的影响.研究结果表明,快速冷却与旋转磁场均能细化钎料合金的微观组织,抑制粗大树枝晶的生长,但快速冷却会造成Bi的偏析,旋转磁场会造成组织不均.同时快速冷却与旋转磁场都会破坏含Ge合金的塑性改善机制,造成含Ag合金中Ag3Sn相粗大,而旋转磁场的离心力作用还会造成Ag3Sn相和Bi相的宏观偏析.在组织细化以及成分偏析的共同作用下,Sn-57Bi共晶钎料的冲击韧性随冷却速率的增大呈现先增加后减少的趋势.     

Cu-P-Sn-Ni钎料真空钎焊MGH956合金的研究

为扩展Cu-P基钎料在连接MGH956合金中的应用,采用新型Cu-P-Sn-Ni钎料对MGH956合金在800~890℃进行了真空钎焊,研究了不同钎焊温度和保温时间对焊缝组织及力学性能的影响.结果表明:在所研究的钎焊温度范围内保温5 min均可获得成形效果良好的钎焊接头,其主要由钎缝中心区和界面反应层组成,其中,钎缝中心区由α(Cu)固溶体基体和化合物Cu_3P+(Fe,Ni)_3P+FeCr组成,反应层由α(Fe)固溶体、Fe_3P和Cu_3P组成;随着钎焊温度的升高,反应层厚度逐渐增加,钎缝中心区中的化合物Cu_3P+(Fe,Ni)_3P+FeCr的形态也随之发生明显改变;各钎焊温度下获得的钎焊接头经室温拉伸,断裂均发生在钎缝中心区,断口形貌呈现韧性和脆性的混合断裂特征.830℃钎焊5 min的接头抗拉强度最大,为510.3 MPa,达到了母材抗拉强度的70.9%.     

优质节锡钎料的研制

通过正交试验,研制出一种优质节锡钎料,其性能指标与ＨＬＳｎ６０Ｐｂ４０高锡钎料相当。该钎料大大降低了成本,具有明显的经济效益。     

铝基钎料在SiC及SiCp/6061复合材料上的润湿性研究

对多种铝基钎料在SiC、6 0 6 1及SiCp 6 0 6 1复合材料上进行了润湿性试验。结果表明 :炉中钎焊时 ,钎料与钎剂的成分、加热温度与保温时间、钎料与钎剂熔化温度的匹配等是影响铝基钎料润湿性的主要因素 ;真空钎焊时 ,镁含量不同的各种含镁Al 2 8Cu 5Si钎料在Al基复合材料连接的温度范围内都不能润湿SiC陶瓷表面 ;配合QJ2 0 1钎剂 ,Al 2 8Cu 5Si 2Mg钎料对 15 %SiCp 6 0 6 1Al复合材料具有良好的润湿性 ,但对 30 %SiCp 6 0 6 1Al复合材料却润湿不良 ;在加钎剂的情况下 ,钎料中的镁反而对在铝合金及铝基复合材料上的润湿性有不利影响 ;在Al 2 8Cu 5Si 2Mg钎料和 15 %SiCp 6 0 6 1Al复合材料的钎焊界面处存在SiC颗粒的偏聚现象     

钛基非晶钎料真空钎焊TA15钛合金的研究

针对TA15薄壁及蜂窝等复杂结构件设计和焊装的需求,本文采用急冷技术成功制备Ti-Zr28-Cu15-Ni15(1#),Ti-Zr21-Cu20-Ni15(2#)非晶箔带钎料.通过SEM,EDS和XRD等分析测试手段,分析了钎料及钎焊工艺对TA15钛合金钎焊接头界面组织和力学性能的影响.研究结果表明:两种钛基非晶钎料成带性能良好,与相同成分晶态钎料相比,液相线温度降低,熔化温度区间减小.钎料对母材有明显润湿作用,并且2#钎料共晶成分的提高使得其润湿性和非晶形成能力较1#钎料优异.1#钎料对接接头室温拉伸强度在970℃/30min工艺下达到最高325MPa,2#钎料在950℃/30min工艺下接头强度达到最高359MPa,并且其接头力学性能的稳定性较1#钎料要高.对比相同工艺下不同钎料焊缝组织,钎缝均为α+β层片状组织,2#钎料界面处Ti-Cu和Ti-Ni金属间化合物含量较少.     

CuMnNiCo钎料钎焊MGH956合金接头组织及力学性能研究

采用自制的CuMnNiCo钎料对氧化物弥散强化(ODS)合金MGH956进行钎焊实验,分析了钎焊过程中各种组织的形成过程,研究了不同的钎焊温度对接头组织和性能的影响。结果表明:在1000~1050℃保温20min工艺下钎焊MGH956合金,均可获得良好的钎焊成形效果,钎焊接头由钎缝中心区的Cu-Mn基固溶体和两侧扩散反应区的Fe-Mn基固溶体组成,并含有三种不同的化合物相。钎焊温度为1030℃和1050℃时,接头的室温拉伸断裂发生在钎缝中心处,断口主要呈沿晶脆性断裂特征。钎焊温度的提高使沿晶界分布的脆性(Mn,Ni)-Si相减少,有利于改善钎焊接头强度,钎焊接头的室温抗拉强度最高可达到母材强度的75%。     

BNi82CrSiB钎料真空钎焊FeCrAl合金接头界面组织

采用BNi82CrSiB带状钎料在1070℃/10min工艺条件下对FeCrAl合金箔带制成的多孔圆形器件进行了真空钎焊实验,并对钎焊接头界面组织和相组成进行了分析。实验结果表明:多孔圆形器件焊后表面无宏观缺陷,钎焊接头致密完整,试样中99%(总共约有8000个)的钎焊接头实现连接。钎缝组织由-γNi基固溶体、金属间化合物和共晶组织构成。钎缝中物相有-γNi,FeNi3,AlNi3,CrB,Ni17Si3。钎焊接头中含有较多的硼化物相。     

Sn对电真空Ag-Cu钎料组织和性能的影响

利用扫描电镜及其能谱仪、同步热分析仪以及对比实验来分析Sn对电真空Ag-Cu钎料微观组织、熔化特性和钎焊性能的影响。结果表明:Sn添加4%(质量分数,下同)时,Ag60Cu钎料中没有脆性β-Cu相生成,对钎料的加工性能影响不大;随着Sn含量的增加,Ag60Cu钎料的液相线温度逐渐降低,同时固相线温度降低幅度更大,导致熔化温度范围扩大,钎料的填缝性能变差;对于含Sn为4%的Ag60Cu钎料,与紫铜的铺展性能以及冶金结合性能都接近于BAg72Cu钎料,并可通过压力加工制成片状钎料,可以用来替代BAg72Cu片状钎料使用。     

BCu68Zn 钎料表面热浸镀锡的工艺研究

目的将热浸镀工艺应用于钎料制造领域。方法在BCu68Zn钎料表面热浸镀锡,探讨工艺参数对镀锡层和钎料力学性能的影响。结果 BCu68Zn钎料镀层随浸镀时间的延长逐渐变厚,随浸镀温度的升高逐渐变薄,随提升速度的增加逐渐变厚;BCu68Zn钎料界面层随浸镀时间的延长逐渐变厚,随浸镀温度的升高逐渐变厚;热浸镀锡后的BCu68Zn钎料的抗拉强度和延伸率随浸镀时间的延长有一个降低→升高→降低的趋势,随温度的升高这种趋势变得更为明显。结论1.80的BCu68Zn钎料最佳助镀工艺是助镀剂为Zn Cl2(120~160 g/L)、NH4Cl(120~160 g/L)的水溶液,助镀温度为70~80℃,助镀时间为5 min。     

一种新型湿式金属填料过滤性能的实验研究

介绍了湿式与金属填料叠加的除尘器的结构、综合除尘机理及其它有效的功能,可有效克服传统纤维过滤器的不足。实验测试了在不同气流流速下和不同喷淋密度下除尘器的过滤性能,实验结果表明当风速1.2 m/s、喷淋密度1.0 m3/h时,湿式金属填料过滤系统除尘效率可到75%,可应用于集中式中央空调或通风系统中。     

一种具有球晶组织的半固态Zn-Al合金钎料

通过熔炼、浇注以及等温热处理的方法制备了具有球晶组织的Zn-Al合金,并采用重熔实验、等温压缩实验和振动辅助半固态钎焊实验研究了半固态Zn-Al合金的固相率与温度的关系、压缩变形行为以及作为钎料的可钎焊性。结果表明:半固态Zn-Al合金在压缩变形时,具有较强的抗变形能力;作为钎料,在钎焊过程中其固相率能控制在(64±5)%范围内,所得钎焊接头中仅在钎缝边缘处界面上有少许氧化膜残留,而其他区域界面上的氧化膜都被彻底去除。     

铜基形状记忆合金耐热稳定性的研究

综述了铜基形状记忆合金耐热稳定性(热弹性马氏体的稳定化、母相时效效应、热循环效应),以及提高铜基形状记忆合金耐热稳定性的途径。     

快速凝固Cu基液相不混溶合金的研究现状

概述了快速凝固技术制备液相不混溶Cu基合金的国内外研究现状,主要从快速凝固组织、液相分离机制、形核和生长动力学3方面展开阐述,并指出了今后液相不混溶合金的研究方向。     

BNi82CrSiB钎料钎焊DD6单晶合金接头组织及力学性能研究

采用BNi82CrSiB钎料在1070℃/15min规范下对DD6单晶合金进行了真空钎焊实验研究.获得了致密完整的钎焊接头,钎料元素未向母材扩散.钎焊接头在750℃的抗拉强度为400 MPa左右,750℃/100h持久强度可达100MPa.钎焊接头的失效断裂源自焊缝中间的化合物相上,断口呈脆性断裂特征.     

Super304H抗碱金属硫酸盐的腐蚀行为

采用XRD,SEM和EMPA等分析方法研究了表面喷涂碱金属硫酸盐的Super304H在750℃空气中的耐高温腐蚀特性。结果表明:Super304H在腐蚀初期发生高温氧化,动力学曲线遵循抛物线规律,表面生成相对致密且具有保护性作用的铁/铬氧化膜;延长腐蚀时间,生成挥发性腐蚀产物Na4(CrO4)(SO4);氧化膜增厚,变得疏松多孔,近基体表面处细小孔隙萌生,并聚集长大成微裂纹、微孔洞,基体内部发生内硫化。分析认为:低熔点共晶体Na2O·Na2SO4的形成以及Cr2O3在硫酸盐中的碱性熔融促进了腐蚀加速与持续。