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焊接学报 2019年第9期40卷 139-144,I0007页

作者：李娟秦庆东龙琼张英哲贵州理工学院贵州省特种功能材料2011协同创新中心贵阳550003 贵州理工学院贵州省轻金属材料制备技术重点实验室贵阳550003

采用自制不同形态的Al-Si-Mg-Cu-Ti钎料对70%SiCp/Al复合材料进行了半固态加压反应钎焊,阐述了该焊接方法的内涵,分析了接头组织性能.结果表明,填充粉末钎料时,钎缝组织为铝合金基体、深灰色环状和块状Ti7Al5Si12和块状Ti;填充片状钎料... 详细信息

采用自制不同形态的Al-Si-Mg-Cu-Ti钎料对70%SiCp/Al复合材料进行了半固态加压反应钎焊,阐述了该焊接方法的内涵,分析了接头组织性能.结果表明,填充粉末钎料时,钎缝组织为铝合金基体、深灰色环状和块状Ti7Al5Si12和块状Ti;填充片状钎料时,钎缝组织为铝合金基体和短棒状Ti7Al5Si12.接头界面结合情况是影响接头性能的主要因素.填充粉末钎料时,钎料与母材结合充分,原子扩散通道多,接头界面结合好,没有明显分界线,接头力学性能好,抗剪强度达92.1MPa,断口属于韧脆混合断口;填充片状钎料时,界面处有明显分界线,接头力学性能差,抗剪强度为43.9MPa,断口为脆性断口.

关键词：钎料形态半固态加压反应钎焊接头界面力学性能

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70% SiCp/Al复合材料半固态加压反应钎焊方法与机理研究

70% SiCp/Al复合材料半固态加压反应钎焊方法与机理研究

引用

作者：李娟南京理工大学

学位级别：博士

70%SiCp/Al复合材料在航空航天精密仪器、武器防御和共振预防等领域具有巨大的应用潜力,但由于基体合金与SiC增强相物理化学性质的巨大差异,使其在焊接过程中存在很大的困难。本文提出了一种半固态加压反应钎焊的方法,研制了适用于该复... 详细信息

70%SiCp/Al复合材料在航空航天精密仪器、武器防御和共振预防等领域具有巨大的应用潜力,但由于基体合金与SiC增强相物理化学性质的巨大差异,使其在焊接过程中存在很大的困难。本文提出了一种半固态加压反应钎焊的方法,研制了适用于该复合材料半固态加压反应钎焊的钎料,为其匹配了合适的焊接工艺参数,获得了可靠的连接接头,研究了Cu和Ti元素在焊接过程中的行为,明确了Cu和Ti元素促进钎料在复合材料表面润湿和提高接头力学性能的机理,揭示了复合材料半固态加压反应钎焊过程中的界面冶金结合机理。提出了一种半固态加压反应钎焊的焊接方法,填充粉末钎料在压力作用下进行焊接,其实质是通过加压液相反应烧结形成焊缝金属及其与母材的冶金结合。明确了其过程可分为粘接、液相形成与颗粒重排、固相溶解-再沉淀和固相骨架的形成四个阶段。揭示了化学反应、粉末体总表面自由能减小和晶格畸变能减小是冶金过程的主要驱动力的真相。研制了一种适用于复合材料半固态加压反应钎焊的Al-8.5Si-15Cu-4Ni-1.5Mg含Cu钎料,其固液两相共存温度区间为573～633℃,其润湿角为85°,采用该钎料在580℃、1.5h和6MPa条件下对复合材料进行半固态加压反应钎焊所得接头剪切强度为75.3MPa。经改进获得了一种适用于复合材料半固态加压反应钎焊的Al-1.9Si-0.1Mg-35Ti-15Cu-20In含Ti钎料,其润湿角为19°,采用该钎料在600℃、1.5h和6MPa下对复合材料进行半固态加压反应钎焊所得接头剪切强度为90.2MPa。采用含Cu钎料对复合材料进行半固态加压反应钎焊,钎料中形成Al-Si-Cu和Al-Cu低熔点共晶液相,降低钎料熔点,提高钎料流动性;Cu元素易与复合材料中A1基体反应生成CuA12金属间化合物,在一定程度上提高钎料在复合材料表面的润湿性;钎料中Al/Cu反应生成CuA12,促进焊缝金属冶金结合,少量弥散分布的细小CuA12可在一定程度上增强焊缝,改善接头性能。采用含Ti钎料对复合材料进行半固态加压反应钎焊,钎料中的Ti、Si、Al元素相互反应生成块状和环状Ti7Al5Si12化合物,促进焊缝金属的冶金结合;Ti元素与复合材料表面裸露的SiC颗粒反应,依附SiC颗粒生成絮状Ti7Al55Si12化合物。Ti7Al5Si12的生成一方面使得钎料在复合材料表面的润湿成为反应润湿,提高钎料润湿性,另一方面使得“SiC/钎料”界面转变为“SiC/Ti7A15Si12/钎料”界面,提高界面结合力,提高接头力学性能。对复合材料进行了表面渗钛处理,在复合材料表面获得了一层连续的Ti7Al5Si12化合物,经打磨清洗后,复合材料表面的SiC颗粒仍被Ti7Al5Si12化合物覆盖,而Al基体表面则裸露出来。焊后不仅以“SiC/Ti7Al5Si12/钎料”较强连接界面取代了“SiC/钎料”弱连接界面,还保留了“A1基体/钎料”强连接界面,提高接头质量。最终采用含Ti钎料对经渗钛处理的复合材料进行半固态加压反应钎焊所得接头强度为131.3MPa。

关键词：复合材料半固态加压反应钎焊钎料设计焊接工艺界面冶金结合机理

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