【摘 要】
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铜及其合金因其优良的导电性和延展性被广泛应用于工业生产的各个领域,但铜密度大价格高储量低,难以同时满足现代工业生产的“经济性”、“轻便性”要求,在实际使用时通常将其与其他金属连接以达到优势互补的效果,最多的便是与铝连接构成铜/铝接头应用于输电导线行业。本文采用超声波焊机对铜/铝金属进行超声波焊接试验,并采用XRD衍射、SEM扫描电子显微镜、EDS能谱分析、拉伸剪切力学测试、电化学腐蚀等表征手段对超
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铜及其合金因其优良的导电性和延展性被广泛应用于工业生产的各个领域,但铜密度大价格高储量低,难以同时满足现代工业生产的“经济性”、“轻便性”要求,在实际使用时通常将其与其他金属连接以达到优势互补的效果,最多的便是与铝连接构成铜/铝接头应用于输电导线行业。本文采用超声波焊机对铜/铝金属进行超声波焊接试验,并采用XRD衍射、SEM扫描电子显微镜、EDS能谱分析、拉伸剪切力学测试、电化学腐蚀等表征手段对超声波焊接接头的界面组织、元素在焊缝中的扩散行为、焊接过程的界面反应、焊缝区的相组成和耐蚀性等进行系统研究,随后使用Lammps分子动力学模拟软件,对铜/铝焊接时原子的扩散行为进行模拟。结果表明,铜/铝超声波焊接在焊接压力0.4MPa、振幅95%、焊接能量2000J时发生有效连接,焊缝中主要的金属间化合物为Al Cu和Al2Cu,拉伸实验显示焊点发生脆性断裂,失效模式为焊点失效;添加锌中间层后在相同的实验条件下焊接能量为1000J时便能获得均匀的焊缝,所需的能量降低,通过热电偶测温发现中间层的加入能够提高焊接过程中的界面峰值温度,有利于元素扩散,XRD衍射分析结果表明焊缝中有Cu Zn5和Al-Zn共晶组织存在。为了优化工艺参数,对添加中间层后的工件进行剪切性能测试,结合响应面数学分析使用软件探究了各参数之间交互作用对焊点剪切强度的影响,得出结论:焊接压力影响最为显著。电化学分析表明添加锌中间层后焊点耐蚀性有所下降,但是仍高于母材铝,因此在实际使用时铝母材先发生腐蚀。对铜/铝金属之间的扩散过程进行模拟,在800K温度下以50MPa的压力压紧模型扩散2ns,得到此过程的径向分布函数和均方位移,随后对模型拉伸0.25ns得到应力-应变曲线,从应力变化和位错数量观察到了加工硬化现象,分析了产生的原因。
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