论文部分内容阅读
镁合金被称为“21世纪绿色工程材料”,是一种具有重要应用价值和广泛应用前景的金属材料。结构金属的推广应用离不开连接技术,钎焊作为一种不影响母材性能的精密连接技术,对镁合金焊接有重要优势。超声波钎焊则是一种绿色、高效的有色金属钎焊手段,利用超声振动的空化作用,去除镁合金表面的氧化膜,促进钎料的润湿和铺展,实现无钎剂的可靠连接。通过向传统钎料中添加合适的增强体,得到的复合钎料具有高强、组织细化等优点,能改善接头、钎缝的力学性能和组织状况等。本文对49%Mg-47.5%Zn-3.5%Al(wt%)合金钎料及其添加了微米SiC颗粒的复合钎料进行了研究。通过差热分析、显微组织观察等,制定了合适的钎焊工艺实验方案,研究了大气环境中无钎剂的镁合金钎焊。在对Mg-Zn-Al合金钎料的钎焊工艺研究中发现,360℃钎焊和375℃钎焊所得到的钎缝显微组织有较大差别。其中较低的钎焊温度下α-Mg固溶体只能在钎缝边缘,与母材的界面处析出,而较高的钎焊温度能使钎缝靠近中心的部分也析出α-Mg固溶体。超声振动辅助能有效促使合金钎料在母材上铺展,而钎焊温度360℃,维持1分钟,母材与钎料形成了可靠的扩散层,超声振动时长为8s时,厚度可达到12μm。钎焊温度、超声振动时长、焊后冷却速率对钎焊接头的力学性能都有影响,较低的钎焊温度、较快的焊后冷却速率和适中的超声振动时长,都能使接头获得较高的抗剪切强度。其中最优工艺为钎焊温度360℃,超声振动6s,焊后自然冷却,此时接头平均抗剪切强度可达52.28MPa。利用“三明治”结构,制备了复合钎料接头。通过向合金钎料中添加10%wt、20%wt的SiC颗粒,合适的超声振动时长能使增强体颗粒在钎缝中均匀弥散,达到颗粒增强的效果。研究中,超声振动4s时SiC颗粒偏聚于钎缝中央,而振动时长增加到6s以上则能使SiC颗粒弥散分布到钎缝各处。SiC颗粒的添加使钎缝的硬度大幅增加,360℃钎焊,合金钎料钎缝平均硬度为227.8HV,而添加了10%wt和20%wt的SiC颗粒,平均硬度分别为547HV和724HV。同时,接头的抗剪切强度也分别能提高12.5%和18.8%。