SiCp/Al复合材料镀金工艺研究

SiCp/Al复合材料导电性差、膨胀系数低,尤其是不具备钎焊能力。为了满足封装壳体的良好钎焊性能,必须对其表面进行镀金改性处理。文中针对SiC体积分数高达60%以上的SiCp/Al复合材料进行镀金工艺研究,主要目的是解决镀金层与基材之间的结合力难题。通过工艺试验,采用工艺分步实施化学镀镍、热处理、电镀镍、电镀金步骤,得到的镀层表面光滑平整,没有明显的结瘤和夹杂,与基材的结合力强。该工艺作为SiCp/Al可焊性表面处理技术之一,对于其他铝基复合材料表面处理具有重要的参考价值。     

振动切削SiCp/Al复合材料界面行为的仿真与试验研究

碳化硅增强铝基复合材料(SiC_p/Al)的振动切削是一项新型特种加工技术。SiC_p/Al材料的界面相是其材料性能和切削性能的主要影响因素。通过建立界面相的物理仿真模型,分析不同物理参数条件下的界面力学行为,给出基体、界面和颗粒的断裂机理。通过试验对加工后的材料表面进行SEM观察,对比仿真结果,优化仿真模型参数。     

采用Al-Si-Ti-Cu-In钎焊70% SiC_p/Al复合材料工艺研究

采用Al-Si-Ti-Cu-In钎料在不同工艺参数下对70%SiC_p/Al复合材料进行真空钎焊,通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)、能谱分析(Energy dispersive spectrometer,EDS)技术对接头组织形貌进行分析。结果表明:采用600℃、6MPa、保温1.5 h所得接头具有最大剪切强度90.17 MPa,断裂从母材开始,穿过钎料层,在另一侧母材中瞬断,其形貌具有韧、脆混合型断口形貌特征。焊缝微观组织主要包括蜂窝状Al基体、聚积的颗粒状富Ti、In相、环状富Si相和界面处的针状Al_4C_3脆性相。提高钎焊温度有利于焊缝中孔隙的收缩和减少,增加钎料对复合材料的润湿性,也有利于激发Ti的活性,阻碍Al_4C_3脆性相的生成。由于烧结体中孔隙变化规律和柯肯达尔效应的共同作用,使得焊缝中孔隙随保温时间的延长先减少后增加,若继续延长保温时间,孔隙终将消失。提高压力能有效改善焊缝致密度,阻碍Al_4C_3脆性相的形成,并改善其形态,能有效提高接头力学性能。     

表面生长碳纳米管对C/C复合材料钎焊接头的影响

采用等离子增强化学气相沉积(Plasma enhanced chemical vapor deposition,PECVD)方法在C/C复合材料表面制备碳纳米管,探究了催化剂溶液浓度、碳纳米管生长温度、生长时间、气体压强、气体流量等工艺参数对碳纳米管生长的影响。通过拉曼光谱、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等技术对制备的碳纳米管进行表征,最佳工艺参数下所生长的碳纳米管为多壁碳纳米管,碳纳米管壁的层数约15层,碳纳米管直径和长度分别为约18.9 nm和约2.5μm。将C/C复合材料与Nb和Ti600两种金属进行钎焊连接,对有无碳纳米管的钎焊接头进行分析,发现表面生长碳纳米管有利于提高钎料润湿性,钎焊接头强度也有所提高。     

钎料对金属/陶瓷钎焊接头残余应力的影响

采用热弹塑性有限元方法,在考虑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陶瓷与镍丝钎焊接头在钎焊过程中产生的应力大小和分布情况.结果表明：钎焊过程中,在钎料与陶瓷界面的陶瓷侧会产生较大的残余拉应力,影响了钎焊接头的连接强度.在此类连接结构中,钎料对接头残余应力的影响是主要的,而钎料性能参数及厚度是决定接头残余应力大小的重要因素.在选择金属/陶瓷钎焊用钎料时,为降低接头残余应力,除考虑钎料与陶瓷的润湿性和界面反应程度外,钎料的性能参数和厚度同样重要.     

镀镍与镀铜对SiC_p/6063Al复合材料真空钎焊接头剪切强度的影响

采用表面金属化工艺在60%SiCp/6063Al复合材料表面制备镀铜层和镀镍层,然后对表面金属化处理前的复合材料进行真空加压钎焊,研究了镀镍和镀铜对复合材料钎焊接头剪切强度的影响。结果表明:复合材料表面镀层均与基体紧密结合;在570℃的钎焊温度下,随着保温时间延长,钎焊接头的剪切强度逐步增大;与表面镀镍及未镀金属的相比,表面镀铜复合材料接头的剪切强度更高,接头的剪切强度最高可达55.4 MPa,且其剪切断裂发生在钎料层和复合材料内部;镀镍会降低接头的剪切强度。     

铝/镀锌钢薄板异种金属CMT熔钎焊接头组织与力学性能

采用冷金属过渡方法对铝合金和镀锌钢板进行了熔钎焊连接,使用扫描电镜、能谱分析和拉伸试验分析了接头的截面形貌、组织特征、焊接缺陷及力学性能。试验结果表明,铝合金和镀锌钢能得到成形美观、性能良好的搭接接头。对焊缝金属的组织特征分析表明,焊接接头由熔化区、中心界面区、过渡界面区和富锌区组成,在焊缝金属和镀锌板的界面区形成厚度为3～4μm的金属间化合物层(主要成分为Fe3Al、FeAl2、Fe2Al5和FeAl3),富锌区由富铝的固溶体和残留的锌组成。在进行拉伸试验时,断裂发生在热影响区,接头强度为204MPa。     

钎焊工艺参数对钎缝组织性能影响的研究

钎缝组织在很大程度上决定着钎焊接头的承栽能力及力学性能.通过采用多种方法对钎缝组织进行全面地观察与分析,揭示了钎焊工艺参数对接头力学性能的影响规律.试验表明,钎缝组织随着钎焊温度的提高、钎焊保温时间的延长,其成分变得不均匀、组织变得粗大,钎焊接头的承载能力较差.     

SiCf/SiC复合材料与镍基高温合金钎焊接头的组织及性能

针对新型耐高温复合材料(SiCf/SiC)的加工性差的问题,采用AuCuTi/Mo/AuCuTi复合钎料对其与镍基高温合金进行钎焊研究.通过探究不同温度下的接头力学性能及组织演变规律,对界面反应和应力缓释机理进行分析.在1 050℃C/10 min的工艺参数下,接头室温剪切强度最高达到79 MPa.接头典型的界面结构为...     

基于有限元的SiCp/Al复合材料切削机理及表面质量研究

为了研究SiC_p/Al复合材料的切削机理以及切削参数对加工表面质量的影响规律,建立了综合考虑颗粒分布、颗粒-基体界面模型及颗粒损伤行为的切削仿真模型。研究表明：切削过程中主要存在基体塑形变形、SiC颗粒破碎及颗粒脱粘等失效形式,且颗粒与切削路径的相对位置对颗粒的去除机理有很大影响。随着切削深度的增加,切屑尺寸、主切削力的波动程度及其平均值增加,颗粒破碎程度加剧。增大切削速度有利于提高已加工表面的完整性。     

基于有限元的SiCp/Al复合材料切削机理及表面质量研究

为了研究SiC_p/Al复合材料的切削机理以及切削参数对加工表面质量的影响规律,建立了综合考虑颗粒分布、颗粒-基体界面模型及颗粒损伤行为的切削仿真模型。研究表明：切削过程中主要存在基体塑形变形、SiC颗粒破碎及颗粒脱粘等失效形式,且颗粒与切削路径的相对位置对颗粒的去除机理有很大影响。随着切削深度的增加,切屑尺寸、主切削力的波动程度及其平均值增加,颗粒破碎程度加剧。增大切削速度有利于提高已加工表面的完整性。     

反应生成Al3Ti、Al2O3/Al复合材料的力学性能研究

讨论了不同的TiO2/Al摩尔比对Al-TiO2系热扩散反应法（XD）合成铝基复合材料的力学性能的影响。反应产物Al3Ti呈棒状，Al2O3呈细小颗粒状；随着TiO2/Al摩尔比的增加，增强相（Al3Ti、Al2O3）体积分数提高，材料的拉伸强度明显增强，伸长率逐渐减小。棒状物Al3Ti强底低，阻碍Al3Ti、Al2O3／Al的拉伸性能进一步提高。     

热处理工艺对BCu58ZnMn钎料钎焊接头组织与性能的影响

研究了焊后冷却方式、固溶后冷却速率及时效工艺对BCu58ZnMn铜基硬钎料显微组织和硬度的影响,在此基础上分析了淬火、回火工艺对其钎焊YG13C硬质合金和42Cr Mo钢钎焊接头剪切强度的影响。结果表明:焊后快冷将使钎料的硬度增大,焊后固溶时效热处理可显著改善钎料的组织,提高其硬度;焊后缓冷钎焊接头的剪切强度明显高于快冷的,焊后空冷及高温回火后的钎焊接头能够保持理想的剪切强度(190.4 MPa),优于相关标准规定的指标要求。     

中空玻璃微珠改性PP泡沫复合材料的发泡效果和力学性能

先用硅烷偶联剂(KH550)对中空玻璃微珠(HGB)进行表面预处理,然后采用型内二次发泡工艺制备了中空玻璃微珠(HGB)改性聚丙烯(PP)泡沫复合材料,研究了HGB质量分数对泡沫复合材料发泡效果、界面结合性能及力学性能的影响。结果表明:HGB的加入能显著改善发泡效果,当HGB质量分数为15%时,能够获得泡孔分布均匀、泡孔直径细小的闭孔结构,泡沫复合材料的力学性能最佳,冲击韧度、抗弯强度和压缩强度分别为25.6kJ·m-2,11.2 MPa和17.6MPa;KH550表面预处理增强了HGB与PP基体之间的界面结合性能,且对泡壁强度起到了显著增强效果。     

快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料钎焊接头的显微组织

采用单辊法制备了快速凝固态Sn2.5Ag0.7Cu钎料合金,在相同钎焊工艺条件下,用扫描电镜及能谱仪、拉伸试验机研究了普通和快速凝固态钎料对紫铜板钎焊接头的组织、断口形貌、界面化合物和接头性能。结果表明:与普通钎料相比,快速凝固态钎料钎焊接头组织细化,初生β-Sn相尺寸减小而数量增多、共晶组织明显减少,并且初生相与共晶组织界线变得模糊;剪切断裂时形成的韧窝更多,钎焊接头的韧性得到提高。     

SiCp/Al复合材料钻孔出口崩边损伤影响因素的研究

为研究碳化硅颗粒增强铝基(SiC_p/Al)复合材料钻孔出口处崩边损伤及其形成原因,建立了简化的二维钻孔出口有限元模型,选用Johnson-Cook本构模型、Brittle Cracking本构模型和零厚度内聚力单元分别作为铝基体、碳化硅颗粒和Al-SiC界面的本构。根据仿真结果分析了钻孔出口处崩边损伤的形成过程以及钻削过程中进给量对崩边损伤尺寸和轴向钻削力的影响。结果表明：SiC_p/Al复合材料崩边损伤尺寸和轴向钻削力会随着钻头进给量的增加而增加;崩边损伤形成的关键在于是否有合适的铝基体塑性变形将萌生的微裂纹进行桥接,且崩边损伤尺寸大小与颗粒分布方式有关。     

B4C/6061Al复合材料焊接接头组织与力学性能研究*

基于碳化硼中¹⁰B同位素优良的热中子吸收能力,铝基碳化硼复合材作为中子吸收材料越来越多的应用于核电站中。但碳化硼颗粒的加入使该材料的可焊性变差,因此研究其焊接行为变得十分必要。采用钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)和搅拌摩擦焊(Friction stir welding,FSW)对体积分数为30%的B₄C/6061Al复合材料进行焊接,研究不同焊接方法、焊缝填充材料对复合材料对接接头微观组织及力学性能的影响。B₄C/6061Al复合材料焊接接头拉伸性能如下：FSW焊>TIG焊(Al-Si焊丝)>TIG焊(6061Al焊丝)>TIG焊(6061Al-Mg焊丝)>TIG焊(无填充)。TIG焊缝区容易产生气孔、B₄C颗粒分布不均匀及有害生成相是导致其力学性能不佳的主要原因。FSW可以有效避免基体金属与增强相的高温化学反应,使得焊缝区的晶粒细化,增强相颗粒的分布比TIG焊均匀,为30%B₄C/6061Al复合材料最佳焊接方法,其接头的室温拉伸强度达247 MPa,为母材强度的85%。     

基于图像处理的高体积分数SiCp/Al复合材料ELID磨削表面质量评价

对ELID磨削实验条件下的高体积分数SiC_p/Al复合材料工件表面进行了研究,通过扫描电镜(SEM)获取ELID磨削表面的形貌照片并进行观测,采用MATLAB软件对不同工件移动速度和不同磨削深度下的表面SEM照片进行灰度化、增强对比度、提取缺陷形状、降噪滤波以及将缺陷与平坦表面分割生成二值图像等处理,再通过ImageJ软件对图像中的缺陷进一步处理以获取相关数据,由此实现加工表面质量图像评价。结果表明：随着工件移动速度的增大,表面总体破坏程度变大,但大缺陷凹坑的尺寸变化不大,且凹坑数量在增加,所以表面质量变差;随着磨削深度的增加,表面总体破坏程度、大缺陷凹坑的尺寸和数量均在增加,表面质量变差。综上所述,高体积分数SiC_p/Al复合材料ELID磨削表面质量在较低工件移动速度和较小磨削深度下最好。     

铝/铜电弧熔钎焊接头界面组织及演变研究

采用旁路耦合电弧焊方法实现了铝合金与紫铜的熔钎焊,并研究焊后退火下铝/铜界面组织的演变。采用扫描电镜观察焊后及不同退火工艺下界面微观组织的形貌,同时,通过能谱仪及X射线衍射对界面的物相进行确定,并通过蒙特卡洛结合原胞自动机方法建立界面金属间化合物的热力学-动力学模型,分析了界面组织的演变行为。结果表明,通过旁路耦合电弧方法可实现铝/铜的熔钎焊,铝/铜焊接接头经250～400℃退火3h后,界面处最终形成Cu Al、Cu₉Al4_和Cu Al₂三种金属间化合物,随着退火温度的增加,界面金属间化合物厚度呈线性增加,最大厚度为38.39μm,铜-铝界面金属间化合物的形成由原子间互扩散和界面化学反应共同决定。     

热挤压对亚微米Al2O3p/2024Al复合材料组织和性能的影响

采用挤压铸造法制备了体积分数为30％的Al2O3p／2024Al复合材料,对材料在不同温度下进行热挤压试验,并对复合材料的力学性能进行了测试,同时利用光学显微镜、扫描电镜观察了复合材料压铸态和挤压态的微观组织。结果表明：热挤压改善了材料的组织,提高了材料的力学性能。随后的T6处理进一步提升了复合材料的力学性能,特别是小变形抗力。