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铝/钢异种金属焊接可以充分发挥铝合金与不锈钢材料各自的优势,提高结构强度,减轻结构重量,在许多重要装备的制造中具有广阔的应用前景,如何获得高效、可靠的铝/钢焊接接头已经成为焊接领域的研究热点。铝/钢的钎焊可以有效地控制界面金属间化合物的形成,是获得高质量接头的一种可靠方法。本论文选择Zn-Al系钎料用于6061铝合金与304不锈钢的钎焊,探究了钎剂对铝合金和不锈钢母材表面氧化膜的去除机理,研究了钎料在母材表面润湿铺展性能的影响因素以及钎料的润湿铺展动力学过程;通过调整Zn-Al钎料中主体元素Al的成分并添加微量元素Zr,研究了主体元素及微量元素含量变化对Zn-Al钎料焊接性、接头组织及性能以及钎焊接头可靠性的影响。采用润湿铺展试验和热台原位加热法,研究了铝/钢异种金属钎焊用钎料的润湿铺展机理。研究发现钎剂对6061铝合金表面氧化膜的去除可以概括为反应溶解机制作用的结果。钎剂对304不锈钢表面氧化膜的去除作用可以概括为:钎剂与不锈钢表面的MnO反应,使得母材表面的氧化膜出现破隙。液态钎料中的Al元素从氧化膜的破隙渗入膜下与Fe原子反应形成Fe-Al化合物撑破氧化膜,通过液态钎料的流动推开氧化膜。随着润湿铺展试验温度的提高,液态钎料与气体和母材的界面张力均不断减小,钎料的润湿能力提高;随着钎料中Al含量增加,钎料在不锈钢母材上的润湿性能下降。对于非反应型的Zn-Al钎料/铝合金体系润湿铺展过程,母材表面粗糙度因子越大,钎料的铺展面积越大,润湿铺展效果越好。对于反应型的Zn-Al钎料/不锈钢体系润湿铺展过程,由于固液界面发生强烈的反应生成金属间化合物,母材表面的细槽被液态钎料溶解而失去作用,从而降低了表面粗糙度对钎料润湿铺展性能的影响。Zn-Al钎料在不锈钢表面的润湿铺展过程可以分为3个阶段:初始阶段、快速铺展阶段、稳定平衡阶段。第二阶段驱动力主要由液态钎料与母材界面的化学反应控制,化学反应越剧烈,钎料在这一阶段的铺展速度越快。钎料在快速润湿铺展阶段的动力学过程可以用Washburn模型来表示,润湿铺展等效半径与时间之间的关系:r nt,n=0.4。研究了Zn-Al钎料中主体元素Al的含量（Zn-2Al、Zn-5Al、Zn-15Al、Zn-22Al、Zn-25Al共五种钎料）对铝/钢钎焊接头性能的影响。研究发现,使用Zn-15Al钎料的铝合金/不锈钢钎焊接头可获得最大的抗剪切强度131 MPa。钎焊接头的中性盐雾试验结果表明,钎料中Al元素含量的增加可以增强钎缝的耐腐蚀性能,提高钎焊接头强度保持水平。当钎料中Al元素含量较低时（Zn-2Al钎料）,不锈钢侧界面由富锌相层和θ-Fe4Al13相组成;随着钎料中Al元素含量的增加,富锌相层消失,界面化合物层由θ-Fe4Al13相组成,其厚度随着钎料中Al含量的增加而增大。钎焊接头在钎料与不锈钢的界面区域出现明显的应力集中现象,接头断口为典型的脆性断裂,断裂位置主要发生在不锈钢与钎缝的金属间化合物层界面。研究了微量Zr元素对Zn-15Al钎料组织和性能的影响。试验结果表明,Zr元素对基体中η-Zn相有明显的细化作用,当Zr元素的含量为0.2%时,细化效果最佳。钎料凝固过程中,Zr元素富集在固液界面前沿,在结晶界面前沿引起成分过冷,使得枝晶的生长倾向增加,枝晶的缩颈熔断概率增加,改变枝晶形态,从而细化晶粒;当钎料中Zr元素的添加量过多时,钎料中形成大量的Al2ZnZr化合物,减少了Zr元素在固液界面的富集,使得钎料的组织逐渐粗化。Zr元素的添加对Zn-15Al钎料的熔化特性没有明显影响;钎料的抗氧化性能随着Zr元素含量的增加而提高,自腐蚀速率随着Zr元素含量的增加而逐渐降低,与Zn-15Al钎料相比,Zn-15Al-0.3Zr钎料的腐蚀速率降低了30.2%,而且Zr元素的添加有利于降低Zn-15Al钎料的自腐蚀电流密度,增强了钎料的耐腐蚀性能。钎料铺展试验结果表明,Zr元素的添加可以改善钎料的铺展性能,Zn-15Al-0.2Zr钎料在不锈钢和铝合金母材上的铺展面积较Zn-15Al钎料分别提高了15.9%和10.2%。钎料的纳米压痕蠕变试验表明,Zn-15Al、Zn-15Al-0.2Zr、Zn-15Al-0.3Zr三种钎料的蠕变应力指数分别为6.64,7.35,8.07,钎料中Zr元素的添加增强了钎料的抗蠕变性能。研究了微量Zr元素的添加对铝合金/不锈钢异种金属钎焊接头性能和组织的影响,Zn-15Al-0.2Zr钎料钎焊接头的抗剪强度相比Zn-15Al提高了9.2%。在200oC时效过程中,钎焊接头的抗剪强度随时效时间的延长而下降,时效800 h后,Zn-15Al-0.2Zr钎料钎焊接头的抗剪强度比Zn-15Al钎焊接头提高了14.3%。钎焊接头形成过程中,Zr元素与Zn和Al元素反应形成Al2ZnZr相,降低了钎料中Al元素的活度,从而提高了Fe-Al金属间化合物Fe4Al13相的生成吉布斯自由能,抑制了金属间化合物的生长。时效过程中Zn-15Al和Zn-15Al-0.2Zr接头界面Fe4Al13相化合物层生长速率分别为2.9×10-7μm2·s-1和1.7×10-7μm2·s-1。钎缝与金属间化合物界面处富集的Zr原子和含Zr化合物相将会成为元素扩散的障碍,从而抑制时效过程中界面处Fe原子和Al原子的相互扩散。