Al、Ag对Zn-Al钎料性能的影响及相关机理研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:danNyZ
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纯铝及3003铝合金钎焊通常采用Al-Si钎料,此类钎料润湿性好、强度高,缺点是熔点高,容易导致母材过烧甚至熔化,研发熔点较低的中温铝钎料是目前铝及铝合金钎焊的发展趋势。另外,由于铜的资源性短缺及铜价的居高不下,使以铝代铜成为当前研究的热点之一,研制性能优良的铜-铝钎焊用钎料亦是目前亟待解决的问题。本文以Zn-Al钎料为研究对象,旨在研究开发新型性能优良的铝-铝钎焊及铜-铝钎焊材料。Zn-Al钎料由于其独特的熔化温度范围(381℃~500℃),在铝-铝钎焊、铜-铝钎焊领域将具有广阔的应用前景。本文研究了Al元素和Ag元素对Zn-Al钎料性能的影响,综合考虑钎料的熔化温度、铺展性能以及钎焊接头力学性能,研究了Zn-Al钎料在纯铝、3003铝合金、紫铜表面的铺展性能以及纯铝钎焊接头、3003铝合金钎焊接头、紫铜-纯铝钎焊接头的力学性能。在此基础上对钎料合金成分进行了优化,并分析了Al元素和Ag元素影响Zn-Al钎料性能的作用机理。本文首先研究了Al元素对Zn-Al钎料钎焊纯铝性能的影响,分析了Al元素对Zn-Al钎料显微组织、在纯铝表面铺展性能以及纯铝钎焊接头力学性能的影响。研究表明,随着钎料中Al含量的增加,钎料在纯铝表面的铺展面积增大,当Al含量为15wt.%时,铺展面积达到最大,继续增加Al元素含量,铺展性面积减小。纯铝钎焊接头力学性能试验研究结果表明,搭接钎焊接头均断裂于母材,对接钎焊接头部分试件断裂于钎缝。随着钎料中Al含量的增加,对接接头的抗拉强度增大,当Al含量为15wt.%时抗拉强度达到最高,继续增加Al含量,钎缝显微组织变得粗大,钎焊接头抗拉强度降低。由此得出结论,85Zn-15Al钎料钎焊纯铝时,综合性能最好。采用不同Al含量的Zn-Al钎料钎焊3003铝合金,铺展性能试验结果表明,随着钎料中Al含量的增加,钎料在3003铝合金表面的铺展性能提高,当Al含量为15wt.%时,铺展性能最佳,继续增加Al含量,铺展性能下降。3003铝合金钎焊接头力学性能试验研究结果表明,搭接钎焊接头均断裂于母材,对接钎焊接头部分试件断裂于钎缝。Al含量低于等于15wt.%时,对接钎焊接头均断裂于母材处。当Al含量超过15wt.%后,钎缝显微组织变得粗大,钎焊接头抗拉强度降低,部分试件断裂于钎缝处。综合考虑钎料铺展性能及钎焊接头力学性能,85Zn-15Al钎料钎焊3003铝合金性能最佳。Al元素对Zn-Al钎料铜-铝钎焊过程中的铺展性能、钎焊接头力学性能及钎缝显微组织影响显著。研究结果表明,随着钎料中Al含量的增加,钎料在紫铜表面的铺展性能提高,但Zn-Al钎料在紫铜表面的铺展性能显著低于其在纯铝表面的铺展性能。因此,在铜-铝异种材料钎焊过程中,Zn-Al钎料在钎缝中的流动主要依赖于钎料在纯铝表面的润湿、铺展。钎焊接头力学性能试验结果表明对接与搭接钎焊接头均断裂于钎缝。随着钎料中Al含量的增加,铜-铝钎焊接头强度提高,当Al含量为15wt.%时钎焊接头力学性能最佳,继续增加Al含量,钎缝内的CuAl2化合物数量显著增加且变得粗大,粗大的CuAl2化合物与其周围组织之间容易产生应力集中而萌生裂纹,导致钎焊接头强度降低。综合考虑钎料铺展性能及钎焊接头力学性能,在不添加其他合金元素的情况下,钎焊铜-铝异种材料时,85Zn-15Al钎料较好。然而,85Zn-15Al钎料在铜-铝钎焊中仍然存在一些缺点,特别是钎焊接头力学性能有待于进一步提高。本文以85Zn-15Al作为基体钎料,着重研究了Ag元素对Zn-Al钎料显微组织、熔化温度、铺展性能、铜-铝异种材料钎焊接头力学性能以及钎缝显微组织的影响。研究结果表明,随着钎料中Ag含量的增加,钎料的熔化温度显著提高,钎料在纯铝及紫铜表面的铺展面积均呈上升趋势。铜-铝钎焊接头力学性能试验结果表明,搭接与对接钎焊接头均断裂于钎缝处。随着Ag含量的增加,钎缝内部块状CuAl2相尺寸变得细小,产生应力集中的倾向减小,对应的钎焊接头力学性能显著提高。当Ag的添加量为3.3wt.%时,钎焊接头的力学性能最佳,继续增加Ag含量,钎焊接头强度变化不大。铜-铝异种材料钎焊用Zn-Al钎料的最佳Ag含量为3.3wt.%。上述研究结果已经指导实际生产,新配方钎料已经在五金、电力、制冷等行业广泛应用,效果良好。
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