Al-Si-Ge钎料钎焊Cu/Al接头组织与性能研究

首次采用Al-5.6Si-25.2Ge钎料对Cu/Al异种金属进行了炉中钎焊,分别从钎料的熔化特性、铺展润湿性、Cu侧界面组织以及钎焊接头强度等方面进行了系统研究,并与Zn-22Al钎料钎焊结果进行对比。结果表明,Al-5.6Si-25.2Ge钎料具有较低的熔化温度(约541℃),同时在Cu、Al母材上均具有良好的铺展润湿性。Al-5.6Si-25.2Ge/Cu界面由CuAl_2/CuAl/Cu_3Al_2三层化合物组成,其中CuAl和Cu_3Al_2呈层状,厚度较薄,仅为1~2 mm;CuAl_2呈胞状,平均厚度约为3 mm。Zn-22Al/Cu界面结构为CuAl_2/CuAl/Cu_9Al_4,其中CuAl_2层平均厚度高达15 mm。接头抗剪切强度测试结果表明,Zn-22Al钎料钎焊Cu/Al接头抗剪切强度仅为42.7 MPa,而Al-5.6Si-25.2Ge钎料钎焊Cu/Al接头具有更高的抗剪切强度,为53.4 MPa。     

Al/Cu感应钎焊接头组织及性能研究

以某型汽车车载制冷系统为研究背景,采用Zn-22Al钎料配合Cs F-Al F_3钎剂通过感应钎焊的方法实现了Al/Cu的连接。研究结果表明,Al/Cu钎焊接头的Cu侧界面处主要由Al_4Cu_9和Al_2Cu_3金属间化合物组成,没有脆性Al_2Cu金属间化合物生成。钎焊接头抗剪切强度高达72 MPa,Al/Cu接头拉伸断裂于Cu侧界面处,呈现出典型的解理断裂形式。其研究结果能够为车载制冷系统及相近领域提供参考。     

Zn-Al钎料成分对Cu/Zn-Al/Al钎焊接头界面结构及性能的影响

分别采用Zn-15Al,Zn-22Al,Zn-28Al,Zn-37Al和Zn-45Al钎料钎焊获得Cu/Al接头.利用SEM,EDS和XRD研究了Zn-Al钎料成分对Cu/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构的影响,并系统阐述了Zn-Al钎料成分-接头界面结构-接头抗剪切强度之间的关系.研究发现,Cu/Zn-15Al/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7,且Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层较薄,其厚度为2~3μm,接头具有较高的抗剪切强度,达66.3 MPa.随着钎料中Al含量的提高,在Cu/Zn-22Al/Al接头界面处Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层的厚度逐渐增大,甚至在Cu/Zn-28Al/Al接头的Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层附近出现少量的Cu Al2,接头的抗剪切强度逐渐降低.当采用Al含量较高的Zn-37Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7/Cu Al2;脆性Cu Al2层的出现,使接头抗剪切强度大幅下降,为34.5 MPa.当采用Al含量最高的Zn-45Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Cu Al2,接头抗剪切强度最低,为31.6 MPa.     

Al_2O_3陶瓷与TiAl合金真空钎焊接头界面组织及性能

采用AgCuTi活性钎料实现了Al_2O_3陶瓷与TiAl合金的钎焊连接,研究了钎焊接头的界面结构及其形成机制,并且分析了不同钎焊参数对接头界面组织和接头力学性能的影响规律。结果表明:Al_2O_3陶瓷与TiAl合金钎焊接头的典型界面组织为:Al_2O_3/Ti_3(Cu,Al)_3O/Ag(s.s)+Cu(s.s)+AlCu_2Ti/AlCu_2Ti+AlCuTi/TiAl。钎焊过程中,TiAl基体向液态钎料中的溶解量决定了钎焊接头界面组织的形成及其演化。随着钎焊温度的升高和保温时间的延长,Al_2O_3陶瓷侧的Ti_3(Cu,Al)_3O反应层增厚,钎缝中弥散分布的团块状AlCu_2Ti化合物逐渐聚集长大。陶瓷侧界面反应层的厚度和钎缝中AlCu_2Ti化合物的形态及分布共同决定着接头的抗剪强度。当钎焊温度为880℃,保温10 min时,接头的抗剪强度最大,达到94 MPa,此时接头的断裂形式呈现沿Al_2O_3陶瓷基体和界面反应层的复合断裂模式。     

含Cu的复合钎剂对铝/钢熔钎焊接头组织性能的影响

采用双熔池TIG熔钎焊方法,对不锈钢与铝合金焊接接头进行了试验制备,研究了Nocolok复合钎剂中添加Cu时,熔钎焊接头界面组织及力学性能的变化。研究发现,采用含Cu的复合钎剂,熔钎焊层致密性提高,与基体界面结合良好,熔钎焊层的组织形态得到改善;熔钎焊层所形成的金属间化合物中,靠近不锈钢侧由原来的Fe_2Al_5相转变为含Cu的α-Fe相,在铝合金侧则由原来的絮状FeAl_3~+Al共晶相转变为锯齿状的Fe_4Al_(13)相,该结构相中的部分Fe原子被Cu原子取代,形成(Fe,Cu)_4Al_(13)。力学性能测试表明,随着复合钎剂中Cu含量增加,熔钎焊接头的剪切强度先增后降;与纯复合钎剂相比,接头剪切强度明显提高,以Cu含量为15wt%时熔钎焊接头的强度最高。     

不同钎料对Ti3Al基合金钎焊接头强度及界面微观组织的影响

研究了Ti3Al基合金真空钎焊及接头组织性能;分析了不同钎料对接头界面组织和剪切强度的影响,初步优选了钎料,优化了钎焊连接规范参数;利用电子探针、扫描电镜和X射线衍射等方法对接头进行了定性和定量分析.结果表明:采用NiCrSiB钎料连接时,在界面处有金属间化合物TiAl3、AlNi2Ti和Ni基固溶体生成,TiAl3和AlNi2Ti的生成降低了接头的剪切强度;采用TiZrNiCu钎料连接时,在界面处有金属间化合物Ti2Ni、Ti(Cu,Al)2和Ti基固溶体生成,Ti2Ni和Ti(Cu,Al)2的形成降低了接头的剪切强度;采用AgCuZn钎料连接时,在界面处生成TiCu、Ti(Cu,Al)2和Ag基固溶体,TiCu和Ti(Cu,Al)2的生成是降低接头剪切强度的主要原因;采用CuP钎料连接时,在界面处生成了Cu3P、TiCu和Cu基固溶体,CuaP和TiCu使接头的剪切强度降低;对于NiCrSiB钎料,当连接温度为1 373 K,连接时间为5 min时,接头的剪切强度最高为219.6 MPa对于TiZr-NiCu钎料,当连接温度为1 323 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为259.6 MPa;对于AgCuZn钎料,当连接温度为1 173 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为125.4 MPa;对于CuP钎料,当连接温度为1 223 K,连接时间为5 min时,接头的最高剪切强度为98.6 MPa;采用TiZrNiCu钎料连接Ti3Al可获得最大接头强度.     

中间层厚度对复合钎料钎焊接头强度的影响

采用中间层Cu合金厚度不同的3种CT861复合钎料钎焊低碳钢,研究不同钎料钎焊接头的组织和强度。结果表明:中间层Cu合金厚度不同,复合钎料钎焊低碳钢接头抗剪强度不同,抗剪强度随中间层厚度增加而降低。中间层Cu合金厚度为0.075 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为214 MPa,Cu合金厚度为0.1 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为170 MPa,Cu合金厚度为0.15 mm时复合钎料钎焊接头抗剪强度为137 MPa。可根据强度需要,选用不同厚度中间层的CT861复合钎料。     

Cu的添加对Zn-85Al钎料及Cu/Al钎焊接头性能的影响

利用不同Cu含量的Zn-85Al钎料对Cu/Al进行了火焰钎焊,采用DTA、箱式电炉、金相显微镜和万能拉伸试验机,研究了Cu对Zn-85Al钎料的熔化特性、铺展性能、显微组织、力学性能和Cu/Al接头抗拉强度的影响.试验结果表明,Zn-5Al钎料中添加1.2%(质量分数)的Cu,会稍微改善钎料在铜上的润湿性,细化钎料晶...     

放电电压对Cu/Al管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊质量的影响

针对Cu/Al管连接,提出磁脉冲-半固态复合辅助钎焊新工艺。基于LS-DYNA对钎焊过程进行多物理场仿真分析,研究不同电压下半固态钎料流变规律及管壁受力情况。采用Zn-15Al钎料进行钎焊试验,考察了接头的力学性能及显微组织。结果表明:当二次放电电压为7 k V时,钎料与母材实现了良好的冶金结合,接头铝侧区域形成α-Al和金属间化合物CuZn_5,钎料层则出现α-Al、富锌相以及CuZn_5,铜侧区域形成大约4μm的扩散层、锯齿状三元相Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_0. 7以及α-Al和花状CuZn_5。拉伸测试结果表明接头强度高于Al母材,磁脉冲-半固态复合辅助钎焊新工艺能实现Cu/Al管的有效连接。     

Al/Fe异种金属钎焊接头组织与力学性能研究

采用Al-7Si-20Cu钎料在真空钎焊条件下(不添加钎剂)对1060铝合金与Q235钢(镀Ni与不镀Ni)进行钎焊试验,研究了钎焊接头的显微组织及力学性能。研究结果表明,570℃钎焊5 min时,Fe表面不镀Ni时,Fe侧界面处生成厚度较大的Fe_2A_(l5)和FeAl_3脆性化合物,接头抗剪切强度仅为40 MPa。当Fe表面镀Ni后,Ni层的存在抑制了脆性Fe-Al化合物的形成,Fe侧界面生成Ni_2Al_3和NiAl_3化合物层,接头的剪切强度显著提高。延长钎焊时间,Ni_2Al_3层变薄,Ni Al3层增厚,接头剪切强度提高。当钎焊时间继续增加,Ni层消失,再次生成Fe-Al化合物,接头剪切强度降低。     

Effects of Ti on the Brazability of Zn-22Al-xTi Filler Metals as Well as Properties of Cu/Al Brazing Joints

设计并采用Zn-Al-Ti系列钎料对Cu和Al异种金属实施了钎焊,并对Zn-22Al-xTi/Cu界面处的相组成和金属间化合物形貌进行了分析。结果表明：在Zn-22Al中添加0.01%至0.05%的Ti可以显著细化钎料组织,而且Zn-22Al-0.03Ti在Cu基板上的铺展面积比Zn-22Al高出60.4%,但Ti的添加会提高Zn-22Al钎料的熔点和熔化区间。另外,在钎料中添加微量的Ti可以优化Cu/Al接头中Cu侧界面化合物的组织并减小其厚度。相比Zn-22Al钎料,Zn-22Al-0.03Ti钎焊所得Cu/Al接头强度要高出13.4%,而且接头断裂位置由化合物层转移至钎料内部。X射线衍射结果显示,钎焊过程中有CuAl2,Cu9Al4,CuZn 3种化合物产生于钎料与Cu基板界面处     

超声波辅助Zn-14Al过共晶钎料钎焊Cu/Al接头显微组织演变规律研究

采用固定间隙超声波辅助钎焊工艺制备了Zn-14Al过共晶钎料钎焊Cu/Al异质金属接头,研究了在不同钎焊温度和钎焊时间时Cu/Al钎焊接头显微组织的演变规律。研究结果表明:无钎剂超声波辅助钎焊接头冶金结合良好,钎焊温度至410℃时,铜界面润湿良好,产生不连续CuZn_5层;随着温度进一步升高,界面层连续化,并逐步向Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相转变;440℃时,Cu界面层完全转变为Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相;同时发现随着钎焊时间的延长,界面CuZn_5相也会向Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)相转变。     

镀铜/镍烧结钕铁硼永磁体与DP1180钢钎焊接头的组织与性能

采用Zn-6Sn-5Bi钎料对镀Cu/Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢进行钎焊连接,对比分析了2种镀层条件下钎焊接头的微观组织和力学性能。结果表明,对于镀Cu的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Cu在钎料中扩散并与Zn、Fe反应生成脆性金属间化合物,导致钎缝中出现裂纹和孔洞。与无镀层时的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头相比,接头的剪切强度由61.9 MPa降低至52.3 MPa;对于镀Ni的烧结NdFeB永磁体和DP1180钢的钎焊接头,Ni集中分布在NdFeB一侧的界面处,并且由于Sn和Bi的扩散形成了不同的扩散层,其剪切强度提高至78.1 MPa。     

镀膜Al箔钎料对AlN陶瓷的钎焊

为了实现Al钎料对Al N的直接钎焊,提出了一种可以在熔化后自行去除表面Al_2O_3膜的镀膜Al箔钎料,以及提高Al钎焊Al N接头强度的升温钎焊方法,研究了表面气相沉积Ni/Al双层薄膜对Al箔表面Al_2O_3氧化膜的自去除作用,以及钎焊温度对接头强度提高的作用。结果表明,由于被Ni/Al双层薄膜掩埋,原Al箔表面的Al_2O_3氧化膜在钎料加热及熔化的过程中被破碎并卷入到含1%Ni(原子分数)的Al液中,实现了Al对Al N的无界面反应过渡层直接钎焊。采用升高钎焊温度的方法,可显著提高接头的强度。680℃钎焊时,由于Al液不润湿Al N,接头的断裂发生在Al钎缝与Al N的界面,剪切强度为79 MPa;随着钎焊温度的提高和润湿性的改善,Al/Al N的界面强度得到显著提高,接头的断裂逐步由界面转移至钎缝金属中,接头强度也相应逐步提高,并在840℃后达到最高值(146 MPa)。     

Mo/AgCuTi/Cu钎焊接头的界面结构及连接机理

采用AgCuTi活性钎料实现了Cu和Mo的真空钎焊连接,获得了良好的钎焊接头。利用SEM、EDS等检测方法,分析了钎焊接头的界面结构和元素分布情况,并探讨了接头的连接机理。结果表明:Mo/AgCuTi/Cu接头的典型界面微观结构为Mo+Mo Ti固溶体+共晶组织+Cu基固溶体+富Ag区+Cu。在焊接过程中,Ti原子会在Mo侧偏聚形成Mo Ti固溶体从而降低界面能,使钎料能够润湿Mo母材实现焊接。     

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.     

Al2O3陶瓷/AlSiMg/1A95铝合金间接钎焊接头组织与性能的研究

采用Al-Si-Mg钎料制备了表面Mo-Mn化后镀Ni的Al_2O_3陶瓷与1A95铝合金真空钎焊接头,研究了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和剪切性能的影响,并分析了接头的界面微观组织及断口形貌。研究表明,最佳钎焊工艺为580℃×20 min,接头的抗剪强度达到74 MPa,此时接头界面结构为Al_2O_3/Mo-Mn/Al_3Ni/α-Al/1A95。随着钎焊温度的升高,界面处Al_3Ni化合物厚度增加;随着保温时间的延长,界面处产生了Al_(12)Mo化合物覆盖在Al_3Ni化合物上方。接头的断裂形式均为脆性断裂:当钎焊温度较低保温时间较短时,断裂主要发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。最佳工艺条件下,断裂一部分发生在钎料和镀镍层的反应区内,一部分发生在靠近铝合金与钎料层的界面处。随着钎焊温度或保温时间进一步提高,断裂主要发生在钎料和镀镍层的反应区内。     

Al-Si-Cu-Zn急冷钎料钎焊铝及铝合金的界面结构及强度

采用Al70Si7.5Cu20Zn2.5和Al65Si10Cu20Zn5两种急冷钎料钎焊L2纯铝和6063铝合金,研究钎焊接头的界面微观结构和力学性能.结果表明,急冷钎料钎焊接头由母材、界面区和钎缝中心组成.界面区为αAl固溶体,钎缝中心组织为αAl固溶体 θ(Al2Cu)相 Si相.采用Al65Si10Cu20Zn5急冷钎料钎焊的接头抗剪强度均高于Al70Si-7.5Cu20Zn2.5急冷钎料钎焊的接头强度;匹配氯化物钎剂钎焊的接头强度均高于氟化物钎剂.在相同的工艺条件下,采用急冷钎料钎焊的L2纯铝接头,其抗剪强度都明显高于相应的常规钎料,其增加值在40%左右.     

不同钎料真空钎焊的TC4/YG8接头组织与力学性能研究

分别采用Cu69Ni Si B、Ni82Cr Si B及Ag94Al Mn三种钎料对TC4钛合金和YG8硬质合金进行真空钎焊试验。采用润湿性试验、金相显微镜、显微硬度计、扫描电子显微镜等测试手段,分别对这三种钎焊接头的微观组织、显微硬度等进行了对比分析。结果证明:Cu基钎料和Ni基钎料对硬质合金的润湿性能均较差,在其钎焊接头中均出现裂纹、脆性相;采用Ag基钎料进行钎焊,钎焊温度为920℃,保温时间为20 min时,Ag基钎料与钛合金、硬质合金的界面结合良好,无微裂纹,钎缝组织为Ag基组织,硬质合金母材Co、W元素和钛合金母材Ti、V元素向钎缝内扩散甚少,母材不发生溶蚀。     

Ag基与Cu基钎料钎焊硬质合金与钛合金组织及性能对比研究

分别以Ag-Cu-Ti与Cu-Mn-Ni为钎料在不同工艺下进行了Ti6Al4V钛合金与YG8硬质合金的高频感应连接。采用扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)对钎焊界面的显微组织、成分分布进行了考察分析,并检测了接头的抗拉强度。结果表明:采用Ag基钎料时,Ti6Al4V侧界面反应层为Ti(s.s)+Ti_2Cu/Ti_2Cu/Ti_2Cu+TiCu/TiCu/Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,YG8侧界面反应层为Ti_3Cu_4/TiCu_2+TiCu_4,在钎缝中心形成了韧性较好的Ag(s.s)+TiCu层,接头最高抗拉强度289 MPa;采用Cu基钎料时界面结构为Ti6Al4V/β-Ti/TiCu+Ti_3Cu_4+TiMn+Cu(s.s)/YG8,接头最高抗拉强度206 MPa。通过对比表明Ag基钎料所得到钎缝韧性较好,但反应时间过长易在母材与反应层间形成裂纹;Cu基钎料呈镶嵌结构,钎焊温度过高镶嵌结构破坏,接头性能急剧下降。