【摘 要】
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随着先进制造飞速发展,异质材料连接结构层出不穷,而钎焊以其独特优势逐渐成为国际公认的主流连接方法。但在一些对钎料速流性和强韧性要求较高的应用领域,传统钎料受制于成分的局限性,难以加工成形。本文基于药芯焊丝理念,通过在药芯钎剂中复合添加金属粉(CuSn粉、Ni粉),利用钎焊过程中多元钎料外皮与金属粉芯之间发生微区反应、二次冶金反应、原位合成高性能钎料。采用SEM、EDS、XRD等多种分析测试手段系统
【基金项目】
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中原科技创新领军人才项目,项目名称为“高性合金粉对药芯银钎料的调控机理及应用”;
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随着先进制造飞速发展,异质材料连接结构层出不穷,而钎焊以其独特优势逐渐成为国际公认的主流连接方法。但在一些对钎料速流性和强韧性要求较高的应用领域,传统钎料受制于成分的局限性,难以加工成形。本文基于药芯焊丝理念,通过在药芯钎剂中复合添加金属粉(CuSn粉、Ni粉),利用钎焊过程中多元钎料外皮与金属粉芯之间发生微区反应、二次冶金反应、原位合成高性能钎料。采用SEM、EDS、XRD等多种分析测试手段系统研究了添加不同含量CuSn、Ni粉末的BAg30CuZnSn钎料组织和性能变化趋势,揭示了钎焊过程中金属粉与钎料外皮多元素间相互作用规律,实现了钎缝成分柔性调控。主要结论如下:(1)润湿过程中粉芯中的低熔点CuSn粉先于钎料外皮熔化,可降低固液界面张力,起到先导润湿的作用并促进钎料的润湿铺展。加入CuSn粉后钎料的熔化温度降低,随粉芯中CuSn粉不断增加,钎料在铜板及钢板上的润湿面积不断增大;使用添加CuSn粉的药芯银钎料对铜/钢接头进行感应钎焊,能够通过原位反应获得成分均匀的AgCuZnSn合金钎缝组织。随CuSn粉含量逐渐增加,钎缝中的(Ag)不断增多至相互连接,最后显著粗化转变为灰白色分布于晶界处。而(Cu)尺寸逐渐增大,AgCuZn共晶组织不断减少至消失。30wt.%CuSn时,铜/钢接头钎缝组织较为均匀;钎料及钎缝的显微硬度随CuSn粉含量的增加不断升高,而接头的抗拉及抗剪强度呈先升高后降低的趋势,30 wt.%CuSn粉时,接头抗拉及抗剪强度达到最大值。(2)粉芯中加入的Ni粉在润湿过程中可与熔化的钎料外皮相互熔合,原位合成含Ni银钎料。加入Ni粉后钎料的熔化温度升高,随粉芯中Ni粉含量不断增加,药芯银钎料在铜板及钢板上的润湿面积呈先升高后降低的趋势。复合粉芯中的Ni粉能够在钎焊过程中过渡到钎缝组织中,与钎料外皮相互熔合原位合成组织均匀的AgCuZn SnNi合金钎缝。加入Ni粉后在钢侧界面处形成一层灰色相互连接的(Cu,Ni)层;继续增加Ni粉含量,(Cu,Ni)层转变成柱状向钎缝中央延伸。而在铜侧界面扩散层厚度随Ni粉含量升高不断增加,柱状晶开始粗化,钎缝中的Ag-Cu共晶组织逐渐减少至消失。10 wt.%Ni粉时铜/钢接头钎缝组织较为均匀。钎料及钎缝的显微硬度随Ni粉含量的增加逐渐降低,钎焊接头强度显著改善。其中对铜/钢接头进行拉伸实验时断裂于铜侧,钢/钢接头抗剪强度呈先升高后降低的趋势,10 wt.%Ni粉时,抗剪强度达到最大值(335 MPa)。
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