铝铜异质材料钎焊用新型锌基复合钎料的研制

摘要

本文通过采用电镀的方式在传统的Zn-27Al钎料表面上镀覆镍，制备出一种新型锌基复合钎料，能显著的改善钎焊接头力学性能。对钎料及钎焊接头的性能分析结果表明，新型锌基复合钎料可以满足使用要求。主要结论如下:
　　 ⑴通过电镀的方法在普通Zn-27Al钎料表面镀镍制备新型复合钎料，电镀参数为:通电时间(t)：10min；电镀电压(U)：3V；电镀溶液温度：20～30℃；电镀电流(I)：1～2A；溶液的pH：7.0～7.2；搅拌速度：120rad/min；阳极材料：含硫镍板。制备出来的新型复合钎料形如Ni/Zn-27Al/Ni式，Ni在Zn-27Al基体表面形成均匀致密的镀层，且易于弯折卷曲，无脆性之虞。
　　 ⑵研制的新型锌基复合钎料的固相线温度为429.9℃，液相线温度为491.8℃，结晶温度区间为61.9℃；与普通钎料相比，复合钎料的固液相线温度及熔化温度区间△t都变化甚微；新型复合钎料的润湿性良好，在565℃时钎料的铺展面积最大，其润湿性最好；新型锌基复合钎料钎焊接头抗剪强度较高；铝铜钎焊时最佳间隙值为0.20mm；在氮气保护气氛中钎焊铝铜异质材料，所得焊件拉伸时的断裂为混合型断裂，即以脆断为主，局部伴随着韧性断裂。
　　 ⑶在氮气保护的电阻炉中用复合锌基钎料和Zn-27Al钎料对Cu与Al进行钎焊试验，在保温时间10min，钎焊温度555℃的钎焊工艺参数下，采用金相显微镜、电子探针、x射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪对钎焊接头进行了显微分析，得出Cu-Al异质钎焊接头由Cu侧钎料界面、中央钎缝区、Al侧钎料界面三部分组成，新型复合钎料钎焊接头的质量明显优于普通钎料；无论是普通钎料还是复合钎料，钎缝区主要由Al2Cu, AlCu金属间化合物、α-Al固溶体和少量的CuZn4组成；此外，复合钎料的钎缝区还有少量的Ni3Al化合物存在。Al2Cu脆性化合物数量减少，同时AlCu在Cu侧的偏聚和α-Al固溶体在Al侧的偏聚现象消失，组织分布更加均匀。
　　 ⑷通过计算获得了Al, Cu元素穿过10μm Ni层的时间，计算结果表明:在550℃时，Al、Cu元素穿过10μm Ni层的时间数据为1～3个小时；在钎焊时间内Al, Cu原子通过Ni层之后再进行化合是完全不可能的；因此，Ni层起了阻碍作用，一方面阻碍Al穿过Ni层向钎缝区扩散，另一方面也阻碍了Cu原子由Ni层向钎缝区扩散，从而避免了Al、Cu形成易熔的低熔点脆性化合物。

目录

声明

第一章绪论

1.1课题的研究背景

1.2国内外研究现状

1.3铝-铜钎焊原理

1.3.1钎焊原理

1.3.2钎料的润湿与铺展

1.3.3液态钎料的毛细填缝过程

1.4铝-铜的钎焊性

1.4.1铝-铜钎焊中的主要问题

1.4.2铝-铜钎焊用钎料

1.4.3铝-铜钎焊用钎剂

1.5钎料制备技术

1.5.1拉拔及轧制

1.5.2快速凝固

1.5.2粉末物化沉积

1.5.4表面镀覆

1.6本文研究的目的、内容及意义

第二章新型锌基复合钎料的制备

2.1新型复合钎料的设计方案

2.2实验材料与方法

2.1.1电极材料的选取

2.2.2电镀溶液的配方

2.3 Zn-27Al钎料表面镀覆设备与工艺

2.3.1电镀装置

2.3.2电镀工艺流程

2.4影响Zn-27A1钎料表面镀覆的因素

2.4.1电镀电压对镀镍层增量的影响

2.4.2电镀时间对镀镍层增量的影响

2.4.3电镀液温度对镀镍层增量的影响

2.4.4酸度对镀镍层增量的影响

2.4.5搅拌对镀镍层增量的影响

2.4.6电流密度对镀镍层增量的影响

2.4.7最佳电镀镍的参数

2.4本章小结

第三章新型锌基复合钎料及钎焊接头性能

3.1新型锌基复合钎料的熔化特性

3.1.1分析方法

3.1.2熔化特性

3.2新型锌基复合钎料的润湿性

3.2.1钎料润湿性实验方法

3.3新型锌基复合钎料和普通钎料的物相分析

3.4新型锌基复合钎料的钎焊

3.4.1实验材料

3.4.2实验设备

3.4.3氮气保护炉中钎焊工艺参数

3.4.5炉中钎焊工艺过程

3.5钎焊接头的力学性能

3.5.1钎焊温度对钎焊接头力学性能的影响

3.5.2钎缝间隙对钎焊接头力学性能的影响

3.5.3钎焊接头的断口形貌

3.6本章小结

第四章新型锌基复合钎料钎焊接头的微观组织及元素扩散行为

4.1钎焊接头微观组织分析

4.1.1氮气保护炉中钎焊Cu-Al钎焊接头形貌

4.1.2氮气保护炉中钎焊Cu-Al钎焊接头的组织分析

4.2钎焊接头中元素的分布

4.3 Ni层在Cu-Al钎焊中的作用及其机理分析

4.4本章小结

结论

参考文献

致谢

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