中温Al-Si-Cu基钎料研制及LY12感应钎焊的研究

摘要

LY12铝合金具有高的比强度，将其应用于飞机、汽车、船舶等结构中，可以减轻这些结构的重量，提高它们的综合性能，因而具有广阔的应用前景。但由于加工成形困难和自身熔点低等问题，硬铝合金的连接受到限制。如采用合理的焊接工艺，可以加工结构更复杂、尺寸更大的硬铝合金部件，进一步扩大LY12铝合金的应用范围。本文设计了用于钎焊硬铝合金LY12的低熔点钎料，为实现铝合金在更低的温度下连接提供基础。
　　 本文研制了一系列Al-Si-Cu-Ge系钎料，并通过坩埚熔炼和熔剂覆盖保护的熔炼工艺制备钎料合金，利用差热分析、光学金相显微分析、扫描电子显微镜及能谱分析、X射线衍射分析及荧光分析等手段，通过铺展和润湿试验、钎焊接头剪切强度试验等方法，分别对所研制钎料的熔化特征、微观组织、铺展和润湿性能、钎焊接头剪切性能进行了测定和分析。本文研究成果如下：
　　 1.与Al-9.6Si-20Cu钎料相比，添加Ge后钎料熔化温度大幅降低，熔化温度区间处在408～486℃之间，钎焊温度为510℃。钎焊温度较低，有利于高强度低熔点铝合金的钎焊。利用感应钎焊的方法，在氩气保护下实现LY12铝合金的钎焊具有良好的效果。
　　 2.对铸态钎料组织进行分析发现：随着wt.（Ge）％的增加，钎料熔化温度下降明显，主要是出现Al-Si-Cu-Ge、Al-Si-Ge等低熔点共晶相。并且随着Ge元素的加入，钎料对母材的润湿性和铺展性能提高，润湿角最小为4.5°。但是钎料中存在大量Al2Cu（θ）金属间化合物和Si-Ge先析出相，Ge的加入使钎料中脆性相聚集，导致钎料脆性增加。
　　 3.钎料焊接性能良好，焊缝无明显缺陷。焊缝组织形貌与铸态钎料组织差别较小，主要由α-Al，Si-Ge先析出相以及Al2Cu（θ）组成。产生的脆性相对接头性能有不利的影响。所研制钎料中3＃钎料钎焊所得搭接接头的剪切强度最高为93.7MPa，约为母材的40％。钎料钎焊接头的断裂位置在钎缝处，为明显的脆性断裂。
　　 4.对3＃钎料进一步研究，调整其预留间隙为0.2mm，搭接面积为60m㎡，焊后接头抗剪强度最高可达到99.7MPa。在3＃钎料的基础上，又探索了添加Er后，钎料熔化温度、铺展性能、微观组织的变化，结果表明：钎料熔化温度变化不大；相对于3＃钎料，7＃钎料铺展性能有所提高，焊后接头强度也有所提高，主要是钎料中Si-Ge相减少，晶粒细化。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 LY12铝合金的介绍

1.2.1 LY12铝合金的成分及性能

1.2.2 LY12铝合金的特点及应用

1.3 铝合金焊接方法的研究进展

1.3.1 铝合金的焊接特性及焊接方法

1.3.2 LY12铝合金的焊接方法

1.4 铝合金钎焊技术的发展

1.4.1 铝及其合金的钎焊性

1.4.2 LY12铝合金钎焊的研究

1.5 本文的主要内容

第2章 铝合金钎焊材料研究及钎料制备

2.1 铝合金钎剂

2.1.1 钎剂组分的作用

2.1.2 氟化物皋铝用硬钎剂

2.1.3 氯化物基钳用硬钎剂

2.2 钎料合金系选择

2.2.1 铜的合金化作用

2.2.2 锗的合金化作用

2.2.3 钎料的选取原则

2.3 铝合金钎料研究现状

2.3.1 国外研究现状

2.3.2 国内研究现状

2.4 钎料的合金熔炼

2.4.1 熔炼设备型号

2.4.2 实验原料的准备

2.4.3 熔炼步骤

2.4.4 钎料的重熔

2.4.5 钎料的荧光分析结果

2.5 本章小结

第3章 试验用铝钎料性能评价

3.1 钎料熔化温度的测定

3.1.1 试验设备介绍

3.1.2 操作方法

3.1.3 试验结果及分析

3.2 钎料物相分析

3.2.1 显微组织分析

3.2.2 钎料的SEM及XRD分析

3.3 钎料铺展性能实验

3.3.1 钎料的铺展性实验

3.3.2 铺展试验设备及材料

3.3.3 铺展试验过程

3.3.4 钎料的润湿作用

3.3.5 铺展面积的计算

3.3.6 润湿角的计算

3.3.7 铺展试验结果

3.4 本章小结

第4章 钎焊接头组织性能研究

4.1 钎焊方法及设备

4.1.1 感应钎焊的特点

4.1.2 试验设备

4.1.3 接头形式

4.2 钎焊过程

4.3 焊缝组织分析

4.3.1 感应钎焊后的钎焊件外观照片

4.3.2 焊缝显微组织及XRD分析

4.3.3 钎焊接头剪切强度

4.4 3#钎料钎焊接头性能研究

4.4.1 焊缝组织分析

4.4.2 焊缝元素线扫描分析

4.4.3 焊缝显微硬度分析

4.4.4 接头断口形貌分析

4.5 不同钎焊工艺性对接头强度的影响

4.5.1 预留间隙对钎焊接头强度的影响

4.5.2 不同搭接而积对钎焊接头强度的影响

4.6 本章小结

第5章 添加稀土元素变质处理

5.1 添加稀土元素的作用

5.2 钎料变质处理后性能分析

5.2.1 钎料熔化温度的影响

5.2.2 钎料的显微组织

5.2.3 钎料铺展性能

5.2.4 钎焊接头抗剪强度

5.3 本章小结

结论

对以后工作的几点建议

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢