ZrO_2陶瓷與Kovar合金釬焊接頭組織與性能

采用制備的一種新型中溫鋁基釬料箔(熔點513~529℃),在530~550℃對ld2鋁合金進行真空釬焊試驗。測試釬焊接頭的室溫抗拉性能,采用掃描電鏡(sem)及能譜儀(des)對釬焊接頭組織和斷口形貌進行觀察分析。試驗結(jié)果表明,制備的釬料可用于ld2鋁合金的真空釬焊,在優(yōu)化工藝規(guī)范下可獲得致密的接頭,焊后經(jīng)熱處理,釬焊接頭平均室溫抗拉強度可達300mpa,斷口是以典型韌窩為特征的塑性斷口。

為實現(xiàn)al2o3陶瓷與可伐合金的可靠連接,分析影響接頭力學性能的因素,測試了al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金釬焊接頭的抗剪強度,通過光學顯微鏡、sem及eds對斷口形貌、成分進行分析,確定了斷裂路徑.研究表明,釬焊溫度為900℃,保溫時間為5min時,接頭抗剪強度最高,達144mpa.此時,斷裂大部分發(fā)生在al2o3陶瓷/釬料界面處,小部分發(fā)生在界面中的tife2、tini3金屬間化合物層.釬焊溫度升高,保溫時間延長時,界面上出現(xiàn)大量的tife2、tini3金屬間化合物,界面性能弱化,斷裂發(fā)生在tife2、tini3金屬間化合物層,造成al2o3陶瓷/agcuti/可伐合金接頭連接強度降低.

選用cu箔、zn及bal88simg片狀釬料作為填充金屬,采用真空加熱方法進行高硅鋁合金的釬焊連接,并對接頭進行光學金相、顯微硬度、掃描電子顯微等測試、分析、研究。結(jié)果表明:3種釬料釬焊高硅鋁合金,通過凝固、結(jié)晶等過程形成冶金結(jié)合,生成共晶體和固溶體組織,形成可靠的連接接頭,外觀良好。

研制了釬焊鋅鋁合金的cd-sn-zn釬料、zncl2-nh4cl-kf釬劑,研究了鋅鋁合金爐中釬焊及火焰釬焊的工藝參數(shù),并使用tem,sem和xr-ay對釬焊接頭進行了分析。結(jié)果表明,經(jīng)優(yōu)化的爐中釬焊工藝參數(shù)為:加熱溫度320℃、保溫時間15min、釬焊間隙0.14mm。釬焊接頭界面區(qū)出現(xiàn)了大量的硬質(zhì)點相,cd與mg2cu6al5之間存在(102)cd//(111)mg2cu6al5,(220)mg2cu6al5//(010)cd,(224)mg2cu6al5//(211)cd的相結(jié)構(gòu)關(guān)系,提高了接頭的結(jié)合強度;界面區(qū)包含了母材和釬料中的所有物相且有一定寬度,界面區(qū)的zn含量高且sn分布均勻,表明釬料與母材發(fā)生了劇烈的擴散。

用鎳基釬料真空釬焊鎳基合金時釬焊溫度對釬料中si、b等元素的擴散有重要作用,因此采用3種釬焊溫度對其進行真空釬焊,研究了1080、1110和1140℃釬焊溫度下釬縫的微觀組織、元素分布及顯微硬度等。結(jié)果表明,隨著釬焊溫度的升高,釬料中元素向母材擴散越充分,釬焊溫度為1140℃時,釬縫組織基本為固溶體。

采用有限元數(shù)值模擬方法模擬了不同緩沖層和緩沖層厚度對接頭殘余應力的影響,結(jié)果表明,對于同一種緩沖層,厚度不一樣,減少應力的效果不一樣,都存在一個最佳厚度;使用cu箔、ni箔、ti箔對緩解殘余應力非常有效,而使用mo箔作為應力緩沖層可以調(diào)整殘余應力場的分布狀態(tài)。

氮化硅陶瓷與40Cr鋼釬焊接頭性能的研究

用光學顯微鏡、掃描電鏡、x射線衍射等分析手段,對高強度za合金釬焊接頭的顯微組織形態(tài)及其特征、性能及界面區(qū)的相組成等進行了研究分析。結(jié)果表明,用研制的新型高強軟釬料釬焊高強度za合金獲得的釬焊接頭在界面區(qū)局部有交互結(jié)晶產(chǎn)生;界面區(qū)組織構(gòu)成較復雜,既有cd、sn、zn固溶體,又有少量的細小的mg2sn、mgzn等化合物;固溶體可以提高釬焊接頭的強度和韌性,少量細小的化合物可強化基體組織,有利于強度的提高;但連續(xù)層狀的金屬間化合物可引起釬焊接頭的脆化,使其性能降低。測試結(jié)果表明釬焊接頭具有較高的力學性能,延伸率高于母材

用自研制雙層陶瓷復合材料與鋼進行了大氣中釬焊連接。采用聲學顯微鏡、光學顯微鏡、掃描電鏡和能譜分析等測試手段對雙層陶瓷復合材料的聲顯微結(jié)構(gòu)及釬焊接頭的微觀組織及形態(tài)、特征點的化學成分等進行了研究。結(jié)果顯示,雙層陶瓷復合材料與鋼釬焊連接后的多層復合結(jié)構(gòu)接頭的三個界面均達到較好的結(jié)合。這為陶瓷/金屬接頭提供了一種新的連接途徑

采用zn-al釬料和自制kalf4-csalf4釬劑配合火焰釬焊方法對紫銅和純鋁進行釬焊,研究了釬料中鋁含量變化對釬料鋪展性能、釬料組織及釬焊接頭力學性能的影響.結(jié)果表明,釬料中鋁含量質(zhì)量分數(shù)為15%時,釬焊接頭力學性能最佳.采用光學顯微鏡和場發(fā)射掃描電子顯微鏡進一步觀察分析釬料組織、銅鋁釬焊接頭區(qū)域顯微組織和銅側(cè)界面層化合物的分布形態(tài),并采用eds進行成分分析.當釬料中鋁含量較低時,銅鋁釬焊接頭區(qū)域主要由鋅基固溶體構(gòu)成,隨著鋁含量的升高,釬縫內(nèi)部出現(xiàn)硬脆的cual2相,當鋁含量質(zhì)量分數(shù)達到22%時,cual2相尺寸變得粗大且分布不均勻,釬焊接頭強度降低.

采用含ag50％~68％、cu10％~30％、zn12％~20％、sn0％~10％的銀基釬料,通過激光釬焊,改變釬焊有效熱輸入(激光輸出功率和釬焊時間),研究了tini形狀記憶合金與不銹鋼異質(zhì)釬焊接頭的微觀組織和性能。結(jié)果表明:agcuznsn釬料對tini形狀記憶合金和不銹鋼的潤濕性較好,釬焊接頭界面平整、致密,與tini形狀記憶合金形成的界面反應層較窄,而與不銹鋼形成的界面反應層較寬。釬焊有效熱輸入對tini形狀記憶合金熱影響區(qū)組織和性能影響較大。釬焊有效熱輸入量過高,將導致tini形狀記憶合金側(cè)熱影響區(qū)組織晶粒粗大、硬度降低、塑性提高。嚴格控制釬焊工藝參數(shù)可以獲得具有較高抗拉強度、形狀記憶效應和超彈性的tini形狀記憶合金與不銹鋼釬焊接頭。

鈦合金活性焊劑氬弧焊接頭組織分析——采用北京航空制造工程研究所研制的ftr一0l鈦合金活性焊劑進行了a·tig焊及常規(guī)tig焊焊接tc4鈦合金工藝對比試驗。利用金相試驗方法對兩種焊接接頭的結(jié)晶組織形貌進行了詳細的對比和分析，并對焊接接頭區(qū)域的化學組成進行了...

采用北京航空制造工程研究所研制的ft-01鈦合金活性焊劑進行了a-tig焊及常規(guī)tig焊焊接tc4鈦合金工藝對比試驗。利用金相試驗方法對兩種焊接接頭的結(jié)晶組織形貌進行了詳細的對比和分析,并對焊接接頭區(qū)域的化學組成進行了測試和分析。結(jié)果表明,鈦合金活性焊劑對焊接接頭的宏觀組織形貌有明顯影響,但對焊接接頭的化學組成沒有影響。

以微合金化鑄鐵同質(zhì)氣焊絲為焊接材料,采用鎢極氬弧焊對ht200鑄鐵件進行了焊接研究,分析了焊接區(qū)的組織和性能。結(jié)果表明,在室溫焊接條件下,tig焊縫組織由點球狀和不規(guī)則碎塊狀石墨、少量魚骨狀的萊氏體及珠光體基體組成,熔合區(qū)組織由細小的點球狀石墨、萊氏體和細密的柱晶基體組成。焊補區(qū)硬度值普遍高于鑄件本體,可高出鑄件本體δhb100之多?；诤附舆^程中保護氣體ar對焊接區(qū)金屬的激冷作用,tig焊只可用于鑄件非加工表面的焊補,而不宜用于有加工性能要求表面的修復。

在釬焊時間3~30min,釬焊溫度860~1000℃的條件下,采用agcuti釬料對c/c復合材料和tc4合金進行了釬焊試驗。利用掃描電鏡及eds能譜分析的方法對接頭的界面組織及斷口形貌進行了研究。結(jié)果表明,接頭界面結(jié)構(gòu)為c/c復合材料/tic+c/ticu+tic/ag(s.s)+ti3cu4+ticu/ti3cu4/ticu/ti2cu/ti2cu+ti(s.s)/tc4。由壓剪試驗測得的接頭抗剪強度結(jié)果可知,在釬焊溫度910℃,保溫時間10min的條件下,接頭獲得的最高抗剪強度為25mpa。接頭的斷口分析結(jié)果表明,接頭斷裂的位置與被連接界面的碳纖維方向有關(guān),當碳纖維軸平行于連接面時,斷裂發(fā)生在復合材料中;當碳纖維軸垂直于連接面時,斷裂主要發(fā)生在復合材料與釬料的界面處。

采用bag45cuzn釬料對自蔓延高溫合成的tic金屬陶瓷與中碳鋼進行了真空釬焊連接,利用掃描電鏡、電子探針、x射線衍射等分析手段對接頭的界面結(jié)構(gòu)和室溫抗剪強度進行了研究。結(jié)果表明,利用bag45cuzn釬料可實現(xiàn)tic金屬陶瓷與中碳鋼的連接;接頭的界面結(jié)構(gòu)為tic金屬陶瓷/(cu,ni)固溶體/ag基固溶體+cu基固溶體/(cu,ni)固溶體/(cu,ni)+(fe,ni)/中碳鋼;在連接溫度為850℃保溫10min的釬焊條件下,接頭的抗剪強度可達121mpa。

采用熱彈塑性有限元方法,在考慮了材料性能參數(shù)隨溫度變化的情況下,分析了采用ag-cu-ti釬料釬焊al2o3陶瓷與鎳金屬絲的釬焊接頭,在釬焊和隨后再次加熱過程中產(chǎn)生的應力大小和分布情況,計算中著重考慮了釬料對接頭殘余應力的影響。結(jié)果表明,在釬料與陶瓷的界面處存在著較大的殘余拉應力,影響了釬焊接頭的連接強度,并可能在界面的陶瓷側(cè)產(chǎn)生裂紋。通過試驗對比,認為在此類連接結(jié)構(gòu)中,釬料是造成接頭形成較大殘余應力的主要因素。并指出釬料性能參數(shù)是決定有限元計算精度的主要因素,要使計算結(jié)果與實際情況盡量符合,釬料性能參數(shù)的正確選擇是關(guān)鍵。

以不同厚度的銅箔、鎳箔作為緩解接頭殘余應力的中間層材料,在釬焊溫度820℃,保溫時間20min的工藝參數(shù)條件下對ti(c,n)基金屬陶瓷與45鋼進行了釬焊試驗。結(jié)果表明,無論是采用銅箔還是鎳箔,當其厚度從100μm增加到300μm時,接頭三點彎曲強度上升趨勢平緩;由于銅箔在釬焊過程中大量溶解,削弱了釬料與ti(c,n)基金屬陶瓷的化學相容性,降低了界面結(jié)合力,從而嚴重制約了接頭強度的提高;使用鎳箔的突出特點表現(xiàn)在具有較高的界面強度,與施加銅箔的釬焊接頭相比強度顯著提高,但其緩解接頭殘余應力的效果不如銅箔,在靠近釬縫的ti(c,n)基金屬陶瓷一側(cè)易引發(fā)殘余應力集中現(xiàn)象。

在釬焊時間120～1500s、釬焊溫度1093～1223k的條件下,采用ag-cu共晶釬料對銅和1cr18ni9ti進行釬焊,利用掃描電鏡及能譜儀對其接頭的界面組織進行了研究。結(jié)果表明,接頭界面結(jié)構(gòu)為cu/cu(s.s)/ag(s.s)+cu(s.s)/1cr18ni9ti。以抗剪強度評價其接頭的力學性能,發(fā)現(xiàn)當釬焊溫度為1173k、保溫時間為300s時,接頭抗剪強度最高,為214mpa。

分別對雙絲焊和單絲焊的焊接接頭進行了x射線無損檢測、顯微組織分析、性能變化檢測和拉伸斷口形貌分析。研究了雙絲焊焊接工藝方法在高速動車組車體用6005a-t6鋁合金的焊接成型可行性。結(jié)果表明,雙絲焊焊接速度高、焊縫成形好,接頭組織致密、晶粒細小,接頭力學性能優(yōu)良,適合高速列車的大批量自動焊生產(chǎn)。

采用真空保護下的活性金屬釬焊法對95%(質(zhì)量分數(shù))氧化鋁陶瓷與低碳鋼進行了釬焊,所用釬料為ag-cu-ti3活性釬料。通過x射線衍射儀(xrd)對界面的反應產(chǎn)物進行了物相分析,并用能譜儀(edax)分析了界面元素組成。結(jié)果表明,釬焊接頭界面的反應十分復雜,反應產(chǎn)物多種多樣,主要是ti3cu3o,ti3al,timn,tife2,tic等物質(zhì),界面的反應層按al2o3陶瓷/ti3cu3o/ti3al+timn+tife2+ag(s,s)+cu(s,s)/tic/低碳鋼的規(guī)律過渡。

采用銅側(cè)偏束工藝實現(xiàn)了ta15鈦合金與qcr0.8鉻青銅的電子束自熔釬焊,采用光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡和x射線衍射分析儀對焊縫組織進行了分析,通過接頭抗拉強度對接頭力學性能進行了評價。結(jié)果表明,電子束偏向銅合金1mm時,鈦合金母材只有上部少量熔化,實現(xiàn)與銅合金的連接,而接頭中部和下部的連接則通過液態(tài)金屬對鈦合金母材的釬接而實現(xiàn)連接。釬縫界面由較薄的ti-cu化合物層組成,主要包括ticu、ti2cu3、ticu2和ticu4。而在銅側(cè)焊縫內(nèi),細小的ti-cu化合物彌散分布于銅基固溶體上,使焊縫得到強化。接頭強度達到300mpa,拉伸時斷裂發(fā)生在銅合金上,呈韌窩狀塑性斷裂模式。