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Al_2O_3陶瓷与5A05的钎焊工艺及机理研究

作　者: 徐富家
导　师: 冯吉才
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: Al2O3陶瓷化学镀镍真空钎焊界面结构抗剪强度
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 77次
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内容摘要

为了获得高气密的Al2O3陶瓷与5A05铝合金的封接构件,本文对二者的钎焊连接工艺及连接机理进行了研究。以Al-Si-Mg为钎料,利用自制工艺罩内置Mg粉方法,实现了化学镀镍Al2O3陶瓷与5A05铝合金真空钎焊连接。采用试验研究与理论分析相结合的方法,对接头界面结构及综合性能进行了深入研究。通过对Al2O3化学镀镍工艺优化,获得了光滑致密且无缺陷的镀Ni层,镀层组织为非晶与微晶的混合物。研究了不同粗化时间、镀层厚度、镀层焊前热处理工艺对接头组织及抗剪强度的影响。结果表明,粗化30min、镀层厚度为40μm及热处理温度为300℃,保温1h为最佳金属化工艺。当连接温度570℃,保温15min时,化学镀镍Al2O3陶瓷/Al-Si-Mg/5A05铝合金接头界面结构为:Al2O3/Ni(Ⅰ区) / Al3Ni2 (Ⅱ区)/Al3Ni+Mg2Si(Ⅲ区) /Al(α) + Mg2Si(Ⅳ区)/5A05。随着连接温度的升高,Al3Ni组织弥散分布,小颗粒状的Mg2Si逐渐聚集长大并分布在Ⅲ区与Ⅳ区交界处;随着保温时间的延长,Ⅱ区组织变化不大,而Ⅲ区组织逐渐变宽,当保温时间增加到50min时,Ⅲ区组织完全变成零乱的大小形状不一的块状分布,且靠近5A05侧的Mg2Si相消失。随着连接温度和保温时间的增加,接头抗剪强度先增大后减小,在连接温度为570℃,保温15min~30min时接头的抗剪强度达到30MPa以上。接头的断裂形式属于脆性断裂,当钎焊温度较低或保温时间较短时,断裂往往发生在Ⅲ区(Al3Ni)与Ⅳ区(Al(α))的交界处;当镀镍层与基体Al2O3陶瓷结合强度过低时,断裂发生在镀镍层(即镍层脱落);而钎缝中存在裂纹的区域也成为接头薄弱区。研究了活性元素Mg在铝合金真空钎焊过程中的去膜机制,建立了Mg的去膜机制模型。同时发现,Mg的加入量存在最佳值,加入量过小则去膜作用不明显,加入量过大则易引起溶蚀,在本试验条件下最佳值为250g/m3。在最佳化学镀镍及钎焊工艺条件下,对Al2O3陶瓷管及5A05铝合金的套接结构模拟件进行了焊接,结构件成型效果良好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题背景及意义  9-10
  1.2 陶瓷/金属焊接性分析  10
  1.3 国内外研究现状  10-17
    1.3.1 陶瓷金属直接钎焊  10-12
    1.3.2 陶瓷金属间接钎焊  12-16
    1.3.3 铝合金真空钎焊  16-17
  1.4 课题的研究内容及试验方案  17-18
第2章试验材料、设备及方法  18-22
  2.1 试验材料  18-19
  2.2 试验设备  19
  2.3 钎焊方法  19-20
  2.4 微观组织分析  20-22
第3章焊前Al_2O_3 陶瓷表面金属化工艺研究  22-35
  3.1 引言  22
  3.2 Al_2O_3 陶瓷化学镀镍工艺  22-23
  3.3 镀Ni 层外观形貌分析  23-26
  3.4 施镀前的粗化工艺对接头组织及性能的影响  26-27
  3.5 镀层厚度对接头组织及性能的影响  27-30
  3.6 镀层焊前热处理对接头组织及性能的影响  30-33
  3.7 本章小结  33-35
第4章 Al-Si-Mg 钎料钎焊接头界面及力学性能分析  35-52
  4.1 引言  35
  4.2 钎焊温度对接头组织及性能的影响  35-42
    4.2.1 钎焊温度对接头界面组织的影响  35-39
    4.2.2 钎焊温度对接头力学性能的影响  39-42
  4.3 保温时间对接头组织及性能的影响  42-47
    4.3.1 保温时间对接头界面组织的影响  42-44
    4.3.2 保温时间对接头力学性能的影响  44-47
  4.4 界面产物形成机理研究  47-48
  4.5 接头断裂行为机制研究  48-50
  4.6 模拟件的焊接  50
  4.7 本章小结  50-52
第5章 Mg 元素去膜机制及对接头组织性能的影响  52-57
  5.1 引言  52
  5.2 活性元素Mg 的去膜机制  52-54
  5.3 活性元素Mg 对接头组织及性能的影响  54-56
  5.4 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-62
附录  62-64
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  64-66
致谢  66

Al_2O_3陶瓷与5A05的钎焊工艺及机理研究

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