论文部分内容阅读
Zn基中温钎料的研究适合钎焊Cu和钢的钎料有两类，液相线低于300℃的软钎料和液相线高于650℃的硬钎料，尚无熔化温度在400℃～450℃之间的中温钎料。Zn的熔点是419℃，加入合适的合金元素可将钎料的熔化温度范围调整到400℃～450℃内；同时，Zn与Cu和Fe的相互作用能力较强，本文选择Zn作钎料的基础成分，开展Zn基中温钎料的研究。本文选择熔点在350℃～450℃之间的有色金属Zn作为中温钎料的基体，通过分析相图、国外专利及其他学者的研究成果，选择添加Cu和Sn来提高Zn基钎料的强度和韧性；本文对比了Bi、Ag、Al、Mg、Ti和Ni等合金元素对Zn-Cu-Sn系钎料润湿性能和接头剪切强度的影响。试验结果表明，BZn90Sn5Cu3Bi2钎料的润湿面积最大，为182mm2；接头剪切强度最高，为28.4MPa，因此本文选择Bi作为钎焊Cu用中温Zn基钎料的合金元素。通过对BZn90Sn5Cu3Bi2钎料的微观组织、与Cu基体的连接界面及剪切断口的断裂机制进行研究，发现BZn90Sn5Cu3Bi2钎料的组织致密，多种金属间化合物整齐的镶嵌在Zn基体中；钎料与Cu界面处形成17.8μm的反应层；钎焊接头的剪切强度试验断裂在钎料内部，为明显的沿晶断裂。为了综合评价中温Zn基钎料的性能，寻求性能最优的钎料成分，本文以Cu、Sn和Bi的质量分数为自然因素进行编码，以钎料的多种性能为指标，采用二次回归正交组合设计的方法制定试验方案，建立了钎料的润湿面积、钎焊接头的剪切强度和反应层厚度与合金元素的质量分数之间的回归方程，研究了Cu、Sn和Bi对中温Zn基钎料的性能的影响规律，采用Matlab软件编程确定性能最优的钎料为BZn89.38Cu1Sn6.94Bi2.72。通过采用现代分析手段对BZn89.38Cu1Sn6.94Bi2.72钎料进行分析，试验结果表明BZn89.38Cu1Sn6.94Bi2.72钎料的组织均匀，显微硬度为54HV；钎料在Cu表面的润湿面积为3.98cm2，接头剪切强度为36.8MPa，预测值与试验值的误差较小；剪切试验发现钎料与母材的结合强度较高，断裂发生在钎料内部，从断口形貌可以看到冰糖状断口和少量的显微韧窝。