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55Vol.%SiC_p/A356复合材料超声钎焊工艺研究

作　者: 潘孝龙
导　师: 闫久春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 毛细填缝铝基复合材料超声钎焊断裂机制原位拉伸
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文主要以55Vol.%SiCp/A356颗粒增强铝基复合材料为研究对象,分别采用毛细填缝和预置钎料箔片的形式,在大气环境中进行Zn-Al钎料的超声波钎焊,均获得了理想的焊接接头,测试了接头的强度,利用光学显微镜、SEM、EDAX对接头的微观组织进行了分析,并最终对钎焊接头的断裂行为、断裂机制进行了SEM原位拉伸动态观察研究。试验结果表明,在大气环境中420℃时,超声作用下Zn-Al钎料可以实现毛细填缝过程。其他参数相同时,表面的粗糙度对钎料的钻缝速度影响较大。钎料在光滑母材表面的平均钻缝速度远远大于在粗糙表面的钻缝速度。对于毛细填缝和预置工艺两种方式的钎焊接头,母材表面的氧化膜均随着超声时间的延长被逐渐去除,钎料与母材在一定的超声时间后形成较好的冶金连接。在超声钎焊试验中发现,小气孔缺陷和未填充缺陷是超声毛细填缝钎焊接头的两种缺陷。小气孔缺陷只存在于粗糙表面的焊件中,是表面凹坑夹气形成的,光滑件没有;未填充缺陷是高体积分数复合材料超声毛细填缝时所形成的钎料小包围缺陷。两种缺陷均可在进一步的超声振动作用下去除干净。预置钎焊接头的强度随着超声时间的增加而增大,并且焊缝的组织成分和微观结构也会随着超声时间的不同发生改变。焊接接头的最终强度能达到165Mpa,与母材自身强度值相当。通过对钎焊接头SEM原位拉伸动态观察结果发现。焊缝近界面的溶解区或者焊缝中心的颗粒自身是裂纹萌生的主要环节。近界面裂纹很难在颗粒之间的基体中扩展,因为基体自身强度塑性都很高;在钎缝中心,由于Zn-Al共晶组织相对很脆,颗粒之间的Zn-Al共晶组织也会成为裂纹萌生扩展的途径。当钎料与母材润湿结合良好时,不会发生钎料与陶瓷颗粒脱粘的现象,最终的裂纹扩展到母材中发生断裂。当界面存在润湿不良区域时,裂纹迅速扩展到润湿不良的结合面,引起接头的快速断裂。裂纹的扩展路径均发生在垂直于外加应力方向,具体的扩展部位和途径与不同部位钎焊接头的强度值有关。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-21
  1.1 前言  9-10
  1.2 铝基复合材料连接技术的国内外发展现状  10-15
    1.2.1 熔化焊  10-11
    1.2.2 扩散焊  11-13
    1.2.3 瞬间液相扩散焊  13-14
    1.2.4 钎焊  14-15
  1.3 超声波在铝基复合材料焊接中的应用  15-19
    1.3.1 高能超声波的特点  15-16
    1.3.2 超声波钎焊的应用现状  16-19
  1.4 SEM 原位拉伸动态观察测试分析在材料工程中的应用  19-20
  1.5 本文的意义及主要研究内容  20-21
第2章试验材料、设备及试验方法  21-26
  2.1 试验材料及其设备  21-22
  2.2 试验方法  22-23
    2.2.1 超声波作用下预置钎料箔片填缝试验  22-23
    2.2.2 超声波作用下钎料毛细填缝试验  23
  2.3 性能测试和显微分析  23-26
    2.3.1 金相组织观察  23
    2.3.2 SEM 组织观察  23-24
    2.3.3 接头强度性能测试  24
    2.3.4 SEM 原位拉伸分析  24-26
第3章 55%SiC_p/A356 复合材料超声毛细填缝研究  26-45
  3.1 超声诱导毛细填缝工艺方法及过程  26
  3.2 超声波作用下Zn-Al 合金在55% SiCp/A356 复合材料中的钻缝过程  26-32
    3.2.1 55%SiC_p/A356 复合材料焊前经180#砂纸打磨  26-28
    3.2.2 55% SiCp/A356 复合材料焊前抛光处理  28-32
  3.3 超声波作用下 Zn-Al 合金在55%SiC_p/A356 复合材料中钻缝后的缺陷分析  32-43
    3.3.1 缺陷的种类  32-33
    3.3.2 小气孔缺陷的形成原因及影响因素  33-36
    3.3.3 超声毛细填缝小气孔形成机制物理模型  36-37
    3.3.4 未填充缺陷分析及形成原因  37-40
    3.3.5 未填充缺陷的影响因素及形成机制探讨  40-43
  3.4 缺陷的减少及去除工艺  43
  3.5 本章小结  43-45
第4章 55% SiC_p/A356 复合材料超声预置钎焊工艺及其接头断裂行为、断裂机制研究  45-68
  4.1 预置中间层超声钎焊工艺方法及过程  45
  4.2 超声钎焊55%SiC_p/A356 复合材料接头及界面连接行为研究  45-48
  4.3 超声时间对55%SiC_p/A356 复合材料连接强度的影响  48-49
  4.4 中间层厚度对55% SiCp/A356 复合材料连接强度的影响  49-51
  4.5 55% SiCp/A356 复合材料超声钎焊接头SEM 原位拉伸断裂行为研究  51-63
    4.5.1 界面润湿结合良好，钎缝中无颗粒焊接件SEM 原位观察断裂行为  52-55
    4.5.2 界面润湿结合良好，钎缝中有大量颗粒的焊接件SEM 原位观察断裂行为  55-59
    4.5.3 钎缝中有大量颗粒，界面处存在较长未润湿区域焊接接头SEM 原位观察断裂行为  59-63
  4.6 超声钎焊55% SiCp/A356 复合材料接头SEM 原位观察断裂机制  63-67
    4.6.1 裂纹萌生机制  64-65
    4.6.2 裂纹扩展机制  65-67
  4.7 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
致谢  73

55Vol.%SiC_p/A356复合材料超声钎焊工艺研究

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