Ni-P钎料真空钎焊不锈钢接头性能及扩散行为的研究

摘要

本文利用快速凝固技术和传统铸造技术分别制备出了成分相同的Ni-P(P11％wt)钎料，采用DTA、xRD、EPMA-1600以及金相显微镜等多种现代测试手段，对比研究了非晶态钎料和晶态钎料的熔化特性、物相及钎焊工艺参数对其钎焊接头机械性能和显微组织的影响。 研究结果表明：非晶态钎料的熔点比晶态钎料低约5℃，结晶区间缩小4℃；低温钎焊不锈钢时，非晶态钎料钎焊接头拉伸强度优于晶态钎料：两种钎料的钎焊接头都主要由界面反应区(主要是Ni基固溶体组织)和钎缝中间区(残余钎料区——主要是脆性化合物组织上分布着Ni+Ni<,3>P共晶体和富Cf的Ni基固溶体组织)以及扩散区组成；随着保温时间的适度延长，钎料中的合金元素在基体中的扩散量增加，裂纹、气孔等焊接缺陷减少，界面反应区Ni基固溶体组织增加，钎缝中间区的脆性化合物减少，钎焊接头拉伸强度提高。随着保温时间的进一步延长，钎焊接头拉伸强度几乎维持不变；随着钎焊间隙的逐渐增加，钎焊接头界面反应区的Ni基固溶体组织减少，合金中元素含量和扩散路程变长，钎缝中间区脆性化合物含量增加，钎焊接头拉伸强度迅速降低。随着钎焊间隙的进一步增加，钎焊接头拉伸强度逐渐降低但变化量不大；随着钎焊压力的增加，界面反应区Ni基固溶体组织增加、钎缝区脆性化合物减少，钎焊接头的剪切强度增加。髓着钎焊压力的进一步增加，钎焊接头的剪切强度几乎不变化；随着钎焊温度的升高，两种钎料钎焊接头拉伸强度呈持续增加趋势；不论是非晶态钎料，还是晶态钎料，快速冷却方式下钎焊接头拉伸强度都优越于随炉冷却方式下接头的拉伸强度。 本文研究了低温钎焊下钎焊接头的各元素的扩散，研究结果表明：由于钎料与母材之间Ni元素的浓度梯度较大，Ni元素的扩散能力最大；Fe与Cr元素扩散能力次之；钎料与母材之间不发生P与Ti元素的扩散；低温钎焊下，钎焊温度在达到钎料固相线以前就伴随着钎料与母材元素之间的扩散行为，是固体与固体接触界面之间的扩散。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1钎焊接头形成的基本原理

1.1.1真空状态下氧化膜的去除过程

1.1.2钎料的润湿与铺展

1.1.3液态钎料的毛细填缝过程

1.1.4钎料与母材间的相互作用

1.2不锈钢的真空钎焊

1.2.1不锈钢真空钎焊技术的研究现状

1.2.2不锈钢真空钎焊的特点

1.3不锈钢钎焊用镍基钎料的发展现状

1.3.1添加元素对镍基钎料的影响

1.3.2真空条件对钎料的基本要求

1.3.3不锈钢钎焊用镍基钎料

1.4本实验的目的、意义和内容

第2章试验条件及工艺方案

2.1 实验材料

2.1.1母合金的熔炼

2.1.2箔带制备工艺及其设备

2.2钎料物理性能测试

2.2.1钎料的X射线衍射分析(XRD)

2.2.2钎料的熔化特性分析

2.3钎焊接头试样制备

2.4不锈钢真空钎焊工艺参数的选择

2.4.1真空度

2.4.2加热速率

2.4.3稳定温度及保持时间

2.4.4钎焊温度

2.4.5钎焊保温时间

2.4.6冷却速率与出炉温度

2.4.7不锈钢钎焊接头设计及钎焊接头间隙

2.4.8钎焊压力

2.5不锈钢真空钎焊设备

第3章实验结果与分析

3.1钎料的X射线衍射(XRD)

3.2钎料的熔化特性(DTA)

3.3钎焊接头微观分析

3.3.1钎焊接头断口X射线衍射分析

3.3.2非晶态钎料钎焊接头微观分析

3.3.3晶态钎料钎焊接头微观分析

3.3.4不同保温时间下钎焊接头微观分析

3.3.5不同钎焊装配间隙下钎焊接头微观分析

3.3.6不同钎焊压力下钎焊接头微观分析

3.4钎焊接头强度实验结果分析

3.4.1不同钎焊温度和冷却方式对钎焊接头拉伸强度的影响

3.4.2保温时间对钎焊接头拉伸强度的影响

3.4.3钎焊装配间隙对钎焊接头拉伸强度的影响

3.4.4钎焊压力对钎焊接头剪切强度的影响

第4章不锈钢真空钎焊接头扩散行为研究

4.1实验方法

4.2不锈钢真空钎焊接头扩散行为研究

结 论

参考文献

致谢

附录