铝合金/铜/不锈钢接触反应钎焊及晶界渗透行为分析

在AI/Cu接触反应钎焊接头中易出现晶界渗透.为此,通过6063铝合金,镀铜层/1Cr18Ni9Ti不锈钢的接触反应钎焊获得晶界渗透形貌,并对晶界渗透机理进行了初步探讨.结果表明,Al/Cu之间的晶界渗透现象十分显著,在接触反应钎焊温度为570℃,保温时间为60 min时,晶界渗透深度达到了200μm左右;原子向晶界扩散是产生晶界渗透的必要条件,但不是充分条件,产生晶界渗透的关键因素在于晶界与基体原子互扩散通量不等,促使空位向晶界迁移,大量空位向晶界迁移的结果造成晶界出现极其微小的沟槽直至产生细微裂纹,在毛细管力作用下,共晶液相被吸入显微沟槽,从而形成晶界渗透;1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面反应层由Fe-Al金属间化合物构成,与之相邻区域主要含Cu-Al金属间化合物,焊缝组织由Al-Cu共晶及大块状铝的固溶体组成.

Abstract：

Grain boundary penetration behavior occurs easily in the AI/Cu contact reactive brazing. In this paper, the mechanisms of formation and evolution of grain boundary penetration were investigated when contact reactive brazing between 6063 Al Alloy and 1Cr18Ni9Ti stainless steel was conducted using Cu as interlayer. The results show that the grain boundary penetration phenomenon is prominent. Grain boundary penetration depth was up to 200 μm when the brazing temperature was 570℃ and holding time was 60 min. The diffusion of atom into grain boundary was not sufficient but necessary for forming of grain boundary penetration. The key factor to induce grain boundary penetration was non-equilibrium diffusion of atom between the grain boundary and base metal, which led to crystal lattice expanding, and promoted the vacancy transferring into grain boundary, and resulted in a thin groove. And then, microcracks were formed in the grain boundaries, the eutectic liquid was sucked into the groove by capillary force, and finally grain boundary penetration was created. The interface reactive layer consisted of FeAl intermetallics (IMCs) in the side of ICr18Ni9Ti, the adjacent zone was Cu-Al IMCs, welded seam zone was composed of Al-Cu eutectic structure and large blocked Al sohd solution.     

6063铝合金/Si粉接触反应钎焊研究

采用Si粉作为反应材料对6063铝合金进行了接触反应钎焊试验,利用光学显微镜、扫描电镜和电子探针等测试手段,初步分析和探讨了工艺参数对溶蚀、钎缝组织及形态的影响.结果表明,使用Si粉作为反应材料无明显溶蚀现象;钎焊温度590 ℃,保温时间小于1 min,钎缝由未溶解的Si颗粒、Al-Si共晶组织及少量的先析Si颗粒构成;保温时间大于3 min,钎缝中先析Si颗粒逐渐长大形成大块状、共晶Si含量显著减少,同时钎缝中出现Al-Si-O的盐类.     

铝合金与不锈钢接触反应钎焊接头微观组织分析

采用Ag-Ni复合镀层,在钎焊温度580℃,保温时间1～20min的条件下,对6063铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢进行了接触反应钎焊试验,初步分析了接头的微观组织及镀Ni层的作用效果.结果表明,在钎焊时间较短时,钎缝主要由Al(Ag)固溶体与Ag-Al化合物构成;钎焊时间超过20min,Ag-Al化合物含量显著增加,镀Ni层对防止生成Al-Fe脆性金属间化合物的作用效果减弱.     

6A02铝合金接触反应钎焊接头组织及抗剪强度

使用T2铜箔作为中间层,采用真空接触反应钎焊方法进行6A02铝合金的连接试验。采用扫描电镜分析、能谱分析和强度分析等方法,分析了钎焊工艺参数对接头组织和力学性能的影响。结果表明,采用铜箔真空接触反应钎焊6A02铝合金时,钎焊接头两侧易出现溶蚀缺陷,且连接温度越高、保温时间越长,溶蚀的程度越严重,钎缝中没有发现钎焊时常见的气孔、夹渣等缺陷,采用接触反应钎焊可以得到致密的钎焊接头。当连接温度为560℃时,钎焊接头组织为6A02合金、α-Al固溶体、CuAl₂和Mg₂Si;当连接温度为570℃,580℃时,钎缝中出现短杆状的ω-FeCu₂Al₇组织,接头组织为6A02合金、α-Al固溶体、CuAl₂,Mg₂Si和ω-Fe Cu₂Al₇;当连接温度为570℃、保温时间为30 min时,获得的接头抗剪强度最高为38.5 MPa,且接头断裂位于6A02钎缝中脆性的CuAl₂化合物反应层。     

母材微量元素对6063铝合金接触反应钎焊的影响

采用铜中间层对6063铝合金进行了接触反应钎焊连接,分析了接头的典型界面结构,着重研究了铝合金母材中微量元素对界面及接头力学性能的影响行为.结果表明,接头界面相主要有Al2Cu,α-Al,Mg2Si,ω-FeCu2Al7.Fe元素导致较高连接温度下ω-FeCu2Al7板条相的生成,影响接头强度.Mg,Si元素以Mg2Si形式富集在钎缝中心,并随保温时间的延长而加剧富集.接头抗剪强度受控于界面产物的种类及形貌、等温凝固的程度.在570℃/60min时接头平均抗剪切强度最高,可达105.3MPa.     

铝合金钎焊接头金相试样制备方法

对6063铝合金钎焊接头金相试样进行手工磨平、磨光和机械抛光,再以不同的侵蚀剂分别侵蚀不同的试样表面,然后进行宏观、微观分析比较,结果发现经0.5%氢氟酸溶液和混合酸水溶液侵蚀后的试样,均能清晰地显示钎焊接头显微组织,效果较好.值得一提的是试样的磨平、磨光、抛光及侵蚀过程须一气呵成.     

6063铝合金／Ag／Ni／1Cr18Ni9Ti共晶反应钎焊研究

研究采用Ni-Ag复合镀层,在特定的工艺参数条件下,对6063铝合金与1Cr18Ni9Ti进行了共晶反应钎焊试验,初步分析探讨了工艺参数对钎缝微观组织结构反形态的影响和Ni层的阻隔作用.对钎缝的界面作扫描电镜和能谱分析发现,镀层与母材等各界面连接紧密,特别是钎缝与母材之间没有生成脆性Al-Fe金属间化合物.结果表明:在钎焊温度580℃,共晶反应钎焊6063铝合金1Cr18Ni9Ti,保温5 min,钎缝成形较好;面心立方结构Ni/Ag电刷镀层能有效地阻挡Al,Fe等原子扩散.     

LD30铝合金接触反应钎焊的试验研究

试验研究了钢层厚度对LD30/Cu接触反应钎缝组织和性能的影响。结果表明：钢层过薄，共晶反应生成的液相量太少，未能填满缝隙，接头有空洞出现：钢层过厚，共晶反应生成的液相量太多，在钎缝区形成较多的Al-Cu化合物脆性相。这两者都会削弱钎缝的强度。因此，要得到理想的钎焊接头，必须合理调整钢层及钎焊工艺参数。     

2024铝合金制动臂火焰钎焊接头组织与性能研究

采用低熔点Al-Ag-Cu钎料,在火焰钎焊条件下,对2024铝合金进行钎焊连接,并对钎焊接头组织和性能进行了分析。结果表明,采用Al-Ag-Cu钎料成功实现了2024铝合金的钎焊,并获得了良好的钎焊接头。接头组织主要由黑色的Al2Cu相,灰色的α-Al相和亮白色的Ag2Al相组成。此外,钎焊接头界面处形成明显的反应层。钎焊接头强度测试结果表明,2024铝合金钎焊接头具有较高的抗剪切强度,达189.7 MPa。同时,钎焊接头也具有较高的显微硬度。     

6063铝合金钎焊工艺研究

针对大尺寸6063铝合金门窗框的焊接成型工艺进行了研究.通过对焊接材料、焊接规范、焊接工装等方面进行的试验和分析,确定了6063铝合金门窗框的钎焊采用无腐蚀性的Al-Si合金铝钎焊药芯焊丝作为钎料,汽油火焰作为加热热源的工艺方案,并通过有限元分析设计了简单易用的焊接工装以控制焊接变形.最后对钎焊接头进行了微观组织、外观变形及尺寸的测试实验,结果表明,该钎焊工艺过程有效保证了铝合金门窗框的焊接质量,满足了使用要求.     

铝接触反应钎焊的成缝行为

接触反应钎焊（CRB）利用中间层材料与母材的冶金反应产生液相实现连接,因此可以弥补常规毛细钎焊工艺的某些不足,本文采用Si作为中间层介质进行了铝的接触反应钎焊,并得到良好的接头,在此基础上,采用经典扩散理论对接触反应钎焊过程中Si中间层的液化及钎缝液相层的形成过程进行了理论分析的计算。结果表明,中间层的液化是一个以秒为数量级来衡量的瞬时过程;随着中间层厚度的增厚,液化时间也逐渐增长;而钎焊温度对中间层的液化时间没有明显的影响。同时对钎缝液相层厚度与保温时间之间的定量关系计算结果表明,保温时间越长,中间层液相的厚度越大,并且温度越高,增长的趋势越大;钎焊温度越高,在同一时间下的中间层液相厚度也越大。     

6063铝合金连续挤压组织性能的研究

在LLJ350双槽连续挤压机上对6063铝合金进行连续挤压实验,并对挤出产品进行不同的工艺处理,对比观察其显微组织及力学性能.结果表明:6063铝合金型材经连续挤压后进行水冷+人工时效后的抗拉强度为249 MPa,硬度78 HB,伸长率为12.6％;水冷+人工时效较空冷+自然时效后的抗拉强度提高74.1％,硬度提高50％,塑性降低49.6％;水冷后人工时效较自然时效的产品强度提高51.8％,硬度升高34.5％,塑性降低41.9％.6063铝合金连续挤压后水冷比空冷的晶粒细小均匀.     

DZ38G高温合金扩散钎焊微观结构分析

在真空环境下采用Ni-Si-B中间层,扩散钎焊DZ38G高温合金,扩散连接温度为1050℃,扩散连接时间为30～70min,焊后均质化保温温度为1050℃,保温时间为300 min.研究了接头的微观结构.研究表明:等温凝固完成前,接头主要有四种不同的相构成:初始共晶的γ固溶体、Ni基硼化物、共晶的γ固溶体和母材金属;在1050℃下,扩散钎焊时间70 min以上,可完成等温凝固.     

Al合金接触反应钎焊接头力学响应及中间层厚度的确定

接触反应钎焊是目前常用的材料连接方法。为了合理选择中间层材料的厚度 ,本文以Si作中间层接触反应钎焊LF2 1铝合金为例 ,采用有限元 (FEM )模拟的办法 ,对不同宽度的钎缝对外加拉伸载荷的力学响应过程进行了数值模拟。结果表明 ,钎缝对外载荷的力学响应的应力集中区位于接头表面的钎缝与基体的界面处 ;且最大应力值与外载荷呈线性关系。即钎缝对外载荷的力学响应的实质是对外载荷的线性放大 ,因此本文将此放大系数定义为钎缝的力学响应因子。随着钎缝宽度的增加 ,其力学响应因子增大 ,钎缝的承载能力降低。在试验证明FEM计算结果的可靠性的基础上 ,给出了Si为中间层进行LF2 1铝合金接触反应钎焊时 ,其合适的钎缝宽度范围是 5 0～80 μm。最后本文根据相图对相应的Si中间层厚度进行了理论计算 ,得到Si中间层的厚度范围为 6 .6～ 10 .0 μm     

Al/Cu/Al接触反应液相行为及其连接

采用模拟的方法,系统研究了Al/Cu接触反应及其液相行为的特点,并运用金属学中表面扩散和晶界扩散等理论进行了理论探讨。研究结果表明,在接触反应中Al/Cu共晶液相的行为包括：一方面液相沿Al基体表面优先反应铺展;另一方面在基体深度方向上也有明显的晶间渗透作用。其中前者可以促进接头间隙内产生均匀的液相填充层;后者则是接头牢固接合的保障。同时为确定Al/Cu/Al接触反应钎焊工艺参数,研究了工艺参数对接触反应中共晶液相铺展行为的影响,结果表明570－580℃的反应温度和15min的保温时间是Al/Cu接解反应钎焊比较适合的工艺参数。在此基础丰,本文采用Cu箔作中间层进行Al的接触反应钎焊,得到良好Al钎焊接头。     

稀土对6063铝合金组织性能的影响

通过实验验证了稀土具有除气除杂的作用,在0.25%～0.30%之间时,有很好的除气除渣的效果,在实验的基础上研究了稀土对6063铝合金针孔率、强度、硬度、流动性的影响及作用机理,并进行盐雾试验确定了稀土能提高抗腐蚀性的最佳成分是0.3%左右.结果表明:稀土相主要分布在晶界,部分存在晶内;稀土元素的加入量在0.25%左右时铝合金晶粒细化效果最好;能改善机械性能;在0.36%左右时,6063铝合金有很好的流动性.     

6063铝合金阳极氧化膜腐蚀行为研究

分别对6063铝合金原样与硫酸直流阳极氧化法处理样品样进行铜加速盐雾腐蚀,考查时间对腐蚀样品形貌、元素分布及电化学腐蚀行为的影响,利用质量损失法对腐蚀动力学进行分析.结果表明:腐蚀时间延长,腐蚀电流增大,原样表面腐蚀产物明显增多;阳极氧化处理后改善6063铝合金的抗腐蚀性,阳极氧化样的抗腐蚀性能在盐雾条件下提高2.2倍,在暴露环境下可提高4.5倍.     

镁合金与铝合金接触反应钎焊的研究

通过控制平均加热速度研究AZ31镁合金和6061铝合金异种金属直接接触反应钎焊。结果表明,最佳连接温度为450℃,保温5 s,平均加热速度为100℃/min。焊接接头的剪切强度为35.4 MPa。断裂发生在接头的界面处,断裂是脆性断裂。最佳工艺条件下减少了接头中Mg_(17)Al_(12)相的数量和尺寸,提高了接头的综合性能。     

NiPdCrBSi合金的钎焊组织与性能研究

以真空雾化制粉技术制备了NiPdCrBSi合金粉末,采用差热分析(DTA)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)和真空钎焊等技术,对所得合金粉末的形貌、熔化特性,以及在不锈钢上的焊接铺展组织进行研究,并对钎焊界面组织进行分析表征。结果表明,NiPdCrBSi合金钎料在不锈钢上的润湿铺展性良好,所形成的焊接界面层的润湿机理,主要以扩散机制为主导,增强了合金的焊接性能和可靠性。     

不同加钛方法对6063合金细化的研究

加钛方式不同，钛含量不同，对铝及其合金的晶粒细化效果不同。对比研究了用电解低钛铝合金、加Al—5Ti中间合金、Al—5Ti—1B中间合金及电解低钛铝合金加Al—B中间合金4种加钛方式及不同钛含量对6063合金的晶粒细化效果。研究结果表明：不同的加钛方式对6063合金均有明显的细化效果，随着钛含量增加，晶粒逐渐变细；钛含量相同时，电解加钛的细化效果优于Al—5Ti中间合金的细化效果；当合金中含有硼时，钛含量相同时，电解加钛加Al—B中间合金的细化效果优于加Al—5Ti—1B的细化效果。