超声波辅助钎焊铝基、镁基材料接头的形成机理研究

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颗粒增强铝基复合材料(Al-MMCs)具有质量较轻,密度低,强度高,耐磨性好和热膨胀系数可调节的性能,具有较好的应用前景,在电子封装中的应用必不可少。然而,由于焊接性较差,焊接过程中在高输入状态下容易造成Si颗粒偏聚和晶粒长大,使得接头强度不高。镁合金是航空航天中常用的轻质金属材料,高强度的焊接接头尤为重要,但目前的焊接方法成本高、效率低、时间长,限制了在工程上的应用。本课题以高硅铝合金Al-27Si、Al-50Si,镁合金MB8、AZ31为研究对象,探究了超声波辅助焊接高硅铝合金、镁合金的接头形成机理和力学性能。相对于传统焊接方法,避免真空环境、无钎剂、短时,接头强度较高、无焊接缺陷,达到了低成本、绿色、高效、可靠的焊接要求,具体研究内容如下:(1)以Zn-5Al为钎料,对高硅铝合金Al-27Si,进行超声波辅助钎焊。施加不同的超声时间,得到了硅颗粒增强的锌铝基复合填充接头。随着超声时间延长到64s,焊缝中的α-Al和β-Zn破碎成小片段,Si颗粒均匀化,焊缝中未发现焊接缺陷。接头的剪切强度在超声时间为64s达到68.5MPa,接近母材Al-27Si强度的三分之二。(2)以Zn-5Al为钎料,对异种高硅铝合金Al-27Si和Al-50Si进行超声波辅助钎焊。研究超声波对组织的影响,得到了硅颗粒增强的锌铝基复合填充接头。超声波加速了Si颗粒的迁移,超声时间64s时,成分均匀化。Si颗粒含量不同,两侧界面扩散速度不同。通过对复合焊缝中共晶形态的形成进行研究,得到共晶组织的生长方式为非共生-平面增长。硅颗粒在焊缝中均一存在增大了接头的剪切强度,接头的强度在超声时长64s时达到最高70.41 MPa。(3)以Ag基钎料为中间层,通过超声诱导瞬间液相连接的方法实现了镁合金的连接。以Ag-28Cu箔为中间层,通过诱导母材与中间层发生了Ag-Mg-Cu三元共晶反应,形成了由固溶体α-Mg、化合物AgMg3及少量的CuMg2组成的焊缝组织,焊缝接近闭合。在室温下,接头的强度在超声时长为20s时达到最大92MPa,接近镁合金的剪切强度。在300℃的较高温度下,强度为20MPa,接近母材强度的五分之一。以Ag箔为中间层,对不同超声时间、振幅、压强对超声诱导瞬间液相连接镁合金的焊缝微观组织的影响进行了研究,确定了焊接温度490℃,压强0.1MPa,振幅6μm的焊接工艺参数,为接下来对超声时间的试验研究作好基础。
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