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本文以解决和提高大气条件下液态钎料在石墨表面的润湿性为目标,以构建超声波作用下液态钎料在石墨表面的润湿理论为学术思想。以活性钎料为研究对象,研究超声波作用下,活性钎料在石墨表面的润湿行为及界面反应,构建大气条件下超声波活性钎焊的理论基础。采用锡银钛三元合金作为钎料,利用超声波振动辅助技术,在大气环境下对工业纯铝与石墨进行了活性钎焊,研究了Ti元素对Sn-Ag系活性钎料润湿性、微观组织和性能的影响,以及钎缝界面形成机理和活性钎料的氧化膜。 研究结果表明Sn-Ag-Ti活性钎料是由锡银共晶组织β-Sn、Ag3Sn、和Sn3Ti2、Sn3Ti5、α-Sn5Ti6锡钛金属间化合物组成,Sn-Ti金属间化合物呈针状长条分布在共晶组织β-Sn和Ag3Sn基底上。随着含钛量(5%、8%、13%)的增加,Sn-Ag-Ti活性钎料的显微硬度也上升,含钛量8%的钎料在石墨表面的润湿性最好,金属钎料在纯铝表面的润湿性远好于石墨表面。 钎料在施焊温度下分别在石墨表面和铝表面生成不同的氧化物,该氧化膜包裹液态钎料阻碍钎料与母材润湿,且随温度的变化而展现丰富的颜色,随着温度的上升和保温时间的延长,钎料表面氧化物的颜色从银白色变化到淡黄色、金黄色、蓝色、暗紫色、褐色,褐黑色,施焊温度(773K)下主要氧化物为SnO2、TiO、TiO2、Ti2O3和Ti3O5。 在钎焊过程中,活性元素(Ti)充分发挥了强烈的界面正吸附作用,进而改善液态钎料与母材的润湿过程而形成钎焊接头。由于TiC的吉布斯生成能较高,所以会夺取钎料组织 Sn-Ti化合物中的 Ti元素,与C原子反应生成 TiC相,使得金属钎料润湿石墨表面进而形成钎焊接头;另一侧,Al与 Ti原子发生反应生成Al-Ti间物质。钎焊接头室温组织是由钎料原始组织β-Sn、Ag3Sn、Sn-Ti金属间化合物、TiC和Al-Ti金属间化合物组成,钎焊接头的质量取决于两侧母材界面反应的程度。超声波在钎焊过程中的作用为去除母材表面氧化膜和钎料自身的氧化膜、促进液态钎料的快速一次铺展,毛细作用和填缝性(流动性)被加强,同时其能量被液态钎料吸收,加速了界面反应的进行。