高体积分数SiCp/Al复合材料钎接-扩散复合连接工艺研究

摘要

SiCp/Al复合材料作为金属基复合材料的代表，已广泛的应用于航空航天、军事、汽车和电子工业等领域。然而由于复合材料中增强相的加入，使得其焊接变得比较困难。本文采用钎接—扩散复合连接高体积分数SiCp/Al复合材料，研究了工艺参数对接头强度的影响，最终获得了比较理想的焊接接头。
　　采用Al-Si钎料对SiCp/Al复合材料进行真空钎焊试验，在620℃保温时间15min获得最佳接头的强度为43.2MPa，远远低于母材的强度，原因在于Al-Si钎料与增强相的润湿性不良，导致钎焊接头内出现了孔洞、未焊合、气孔和微裂纹等缺陷。
　　采用Al-Si钎料先钎焊后扩散焊连接SiCp/Al复合材料时，在620℃保温时间5min后冷却至500℃时加压2MPa、保温45min后得到接头的剪切强度为65.8MPa，比直接钎焊时提高了52.3％，研究发现在冷却过程中加压保温可以促进原子的扩散，减小了焊缝区成分的偏析，在一定范围内可以提高接头的强度，但当保温时间较长时，晶粒长大比较严重，接头的强度反而会有所下降。
　　采用Al-Si钎料加压钎焊连接SiCp/Al复合材料时，在钎焊温度为620℃、压力为5MPa、保温时间为15min时剪切强度能达到104.8MPa，比直接钎焊提高了142.6％，研究发现压力是影响加压钎焊的主要参数，一定的压力可以挤出多余的液态钎料，降低焊缝的厚度，使得接头的组织更加致密，因此可以提高接头的强度，然而压力过大时会使接头的变形很严重，影响其使用性能。
　　采用Al-Si-SiC复合钎料真空钎焊连接SiCp/Al复合材料时发现钎料中加入SiC颗粒后会导致钎缝区内出现较多的孔洞，采用Al-Si-SiC复合钎料加压钎焊连接SiCp/Al复合材料时得到的钎缝组织致密，未发现气孔、孔洞和微裂纹等缺陷，钎缝是由α-Al、Si、SiC、Al2O3等相组成，其中的α-Al相和Si相来自于母材和钎料，Al2O3相来自于母材，SiC来自于复合钎料。对焊接接头进行剪切试验时发现复合钎料加压钎焊SiCp/Al复合材料时可以获得比较理想的焊接接头，使用Al-Si-5％SiC复合钎料在钎焊温度为620℃、压力为3MPa、保温时间为30min时剪切强度能达到172.1MPa，比直接钎焊提高了298.3％，研究发现复合钎料中SiC颗粒的体积分数、压力和钎焊温度是影响接头强度的重要因素，复合钎料中一定的SiC颗粒可以缓解母材与金属钎料之间的热膨胀系数之差，从而减小了焊接残余应力，而一定压力和钎焊温度则可以促进钎料与SiC颗粒的润湿性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 SiCp／Al基复合材料焊接的主要方法和特点

1．2．1 电弧焊

1．2．2 高能束流焊

1．2．3 钎焊

1．2．4 固相焊

1．3 复合钎料的研究现状

1．3．1 复合钎料的制备

1．3．2 复合钎料的焊接试验

1．4 研究内容

2 试验材料及方法

2．1 试验材料

2．1．1 母材

2．1．2 钎料

2．2 试验设备及焊接工艺

2．2．1 母材的准备

2．2．2 接头的设计和组装

2．2．3 焊接工艺

2．3 金相组织和力学性能测试

2．3．1 扫描电镜、能谱分析及物相分析

2．3．2 剪切强度测试

3 采用Al-Si钎料钎接—扩散复合连接SiCp／Al复合材料试验研究

3．1 采用Al-Si钎料钎焊连接SiCp／Al复合材料实验研究

3．1．1 工艺参数的确定

3．1．2 接头宏观形貌分析

3．1．3 接头微观组织分析

3．1．4 工艺参数对接头性能的影响

3．1．5 Al-Si钎料钎焊SiCp／Al复合材料接头的典型缺陷

3．2 采用Al-Si钎料先钎焊后扩散焊连接SiCp／Al复合材料实验研究

3．2．1 工艺参数的确定

3．2．2 接头宏观形貌分析

3．2．3 接头微观组织分析

3．2．4 工艺参数对接头性能的影响

3．3 采用Al-Si钎料加压钎焊连接SiCp／Al复合材料实验研究

3．3．1 工艺参数的确定

3．3．2 接头宏观形貌分析

3．3．3 接头微观组织分析

3．3．4 工艺参数对接头性能的影响

3．3．5 加压钎焊接头的强化机制讨论

3．4 本章小结

4 采用复合钎料钎接—扩散复合连接SiCp／Al复合材料试验研究

4．1 采用复合钎料钎焊连接SiCp／Al复合材料实验研究

4．1．1 复合钎料的制备

4．1．2 复合钎料的的DSC分析

4．1．3 复合钎料的的润湿性试验

4．1．4 工艺参数的设计

4．1．5 典型接头宏观形貌分析

4．1．6 接头的力学性能

4．2 采用复合钎料加压钎焊连接SiCp／Al复合材料实验研究

4．2．1 接头宏观形貌分析

4．2．2 接头微观组织分析

4．2．3 工艺参数对接头强度的影响

4．3 复合钎料的强化机制

4．3．1 接头残余应力的产生

4．3．2 接头残余应力的测定

4．3．3 复合钎料中SiC颗粒增强钎焊接头强度机制的讨论

4．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文