耐磨陶瓷衬板的钎焊工艺及机理研究

摘要

本文针对冶金、化工、电力等行业中，对于提高机械设备耐磨性的迫切要求，通过在Ag-Cu共晶钎料中添加TiH2活性粉末，进行Al2O3陶瓷与16Mn钢的钎焊连接。
　　通过对Al2O3陶瓷与16Mn钢钎焊接头界面反应的实验和分析，借助扫描电镜、能谱分析、X射线衍射分析，确定钎料中TiH2质量分数为3％、钎焊温度为860℃、保温时间为15min时，从16Mn钢到Al2O3陶瓷侧，界面结构依次为16Mn钢/TiFe2+CuTi2/Ag(s,s)+Cu(s,s)+Ag-Cu共晶/Al2Ti+TiO/Al2O3陶瓷。随着TiH2含量增加、钎焊温度的升高或者保温时间的延长，接头界面产物的种类并未改变，而靠近Al2O3陶瓷和16Mn钢的界面反应层的相对厚度逐渐增大；钎缝中心的Ag(s,s)和Cu(s,s)反应层的相对厚度逐渐减小。
　　对于Ag-Cu共晶+TiH2活性粉末钎料，TiH2的脱氢程度是影响连接质量的关键。通过对TiH2的差热分析，解明其脱氢过程，制定出合理的钎焊工艺，一次完成TiH2的脱氢和Al2O3陶瓷与16Mn钢的钎焊连接。以抗剪强度评价Al2O3陶瓷与16Mn钢钎焊接头的力学性能，钎料中TiH2质量分数为3%、钎焊温度为860℃、保温时间为15min时，接头抗剪强度最高，达到191MPa。接头断裂大部分发生在Al2O3陶瓷与钎料界面处，小部分发生在界面中的TiFe2、CuTi2、Al2Ti金属间化合物层。TiH2含量增加，钎焊温度升高，保温时间延长时，界面上出现大量的TiFe2、CuTi2、Al2Ti金属间化合物，界面性能弱化，断裂发生在TiFe2、CuTi2、Al2Ti金属间化合物层，造成Al2O3陶瓷与16Mn钢接头强度降低。
　　采用MARC数值模拟软件对钎焊工艺下陶瓷衬板进行残余应力的数值模拟，发现陶瓷块尺寸和陶瓷块间隙对陶瓷衬板残余应力有很大的影响。综合考虑，确定衬板中陶瓷块尺寸为45×45mm，陶瓷块间隙为1mm时钎焊接头的残余应力最低，应力峰值比陶瓷块尺寸为60×60mm，陶瓷块间隙为1mm时降低了1/3。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外耐磨衬板研究现状及分析

1.3 陶瓷与金属连接的主要问题

1.4 陶瓷/金属连接研究现状

1.5 陶瓷/金属接头残余应力的分析控制

1.6 课题主要研究内容

第2章 试验材料和方法

2.1 试验材料

2.2 活性粉末的配制及其性能

2.3 钎焊设备和工艺

2.4 性能测试和微观分析

第3章 Al2O3陶瓷/16Mn钢接头界面结构及连接机理

3.1 引言

3.2 润湿性试验结果及分析

3.3 Al2O3陶瓷/Ag-Cu共晶+TiH2/16Mn钢接头界面分析

3.4 工艺参数对接头界面的影响

3.5 接头界面的形成机理

3.6 本章小结

第4章 Al2O3陶瓷/16Mn钢钎焊接头力学性能及分析

4.1 引言

4.2 母材性质对接头连接强度的影响

4.3 钎焊工艺参数对接头连接强度及断口形貌的影响

4.4 本章小结

第5章 陶瓷衬板残余应力的数值模拟

5.1 引言

5.2 陶瓷衬板物理模型的建立

5.3 陶瓷衬板钎焊残余应力模拟结果

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢