Ag-Cu-Ga合金制备与钎焊性能研究

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银铜共晶合金(Ag-28Cu)是银铜合金中具有广泛应用的中温钎焊材料,大量用作对可伐合金的真空钎焊,Ag的价格昂贵且在地球上的储量有限,因此研发与Ag-28Cu合金钎焊特性相当的新型钎料具有重要意义。本文在Ag-28Cu合金的基础上,通过添加5%(wt.%)的Ga元素,同时调整Ag和Cu的含量,设计制备了Ag-28Cu-5Ga、Ag-34Cu-5Ga、Ag-39Cu-5Ga、Ag-49Cu-5Ga、Ag-55Cu-5Ga五种合金。对比研究这五种合金的冷加工变形性能及中间态退火工艺,制备出0.2 mm厚的合金片材,并确定优化的Ag-Cu-Ga合金加工工艺。采用差热分析(DSC)测定合金的固液相线及完全熔化温度(Tendset),以确定合金合适的钎焊温度,进行Ag-Cu-Ga合金与可伐合金(4J29)的钎焊实验,研究不同成分Ag-Cu-Ga合金的钎焊强度和钎焊组织,最后筛选出性能优异的Ag-Cu-Ga合金钎料。主要研究结果如下:(1)Ag-Cu合金中引入5%(wt.%)的Ga元素之后,其铸态组织与Ag-28Cu合金的共晶层片状组织发生了明显的变化,在层片状组织的基础上出现了明显的不规则的富Ag相与富Cu相区;且随着Cu含量的增加,铸态组织分布也在发生变化。(2)Ag-Cu-Ga合金的硬度随着冷加工变形量的增加而增加,从铸态的100HV左右到90%变形量下的200 HV左右;其次,随着退火温度的增加,合金退火态的硬度降低。研究得到了Ag-Cu-Ga合金的退火软化曲线,当退火温度≥500℃时,合金的硬度趋于120 HV。(3)Ag-Cu-Ga合金的固相线温度随着Cu含量的增加,从733.02℃增至762.13℃,比Ag-28Cu合金的共晶温度778.5℃偏低;合金全部熔化的温度Tendset从768.51℃增至874.58℃。Ag-28Cu-5Ga、Ag-34Cu-5Ga、Ag-39Cu-5Ga、Ag-49Cu-5Ga、Ag-55Cu-5Ga合金全部熔化的温度Tendset与固相线温度的差值△T分别为35.49℃、54.53℃、56.45℃、88.36℃、112.45℃;由此得出Ag-28Cu-5Ga、Ag-34Cu-5Ga和Ag-39Cu-5Ga合金的△T更适合用作钎焊材料的条件。(4)选定适当的钎焊温度(Ag-Cu-Ga合金Tendset+40℃)和钎焊时间(10 min),对比研究了Ag-28Cu-5Ga、Ag-34Cu-5Ga、Ag-39Cu-5Ga、Ag-49Cu-5Ga、Ag-55Cu-5Ga合金对可伐合金的钎焊强度,其钎焊强度分别为366、390、445、299和200 MPa,可见Ag-28Cu-5Ga、Ag-34Cu-5Ga和Ag-39Cu-5Ga合金对可伐合金的钎焊剪切强度比Ag-28Cu对可伐合金的钎焊剪切强度217 MPa分别提升了68.7%、79.7%和105%,剪切强度提升显著。综合以上,本文研究开发的Ag-34Cu-5Ga合金和Ag-39Cu-5Ga合金不仅具有良好的加工性能,而且对可伐合金的真空焊接性能也优于Ag-28Cu合金,同时合金中银的占比相比于Ag-28Cu合金分别降低了21.79%和28.21%,具备了在焊接方面取代Ag-28Cu合金的优势。
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