Sn-Zn钎料超声钎焊铝合金工艺及接头强化机制研究

摘要

采用Sn-xZn（x=0，4，9，20wt.％）钎料超声钎焊2A12铝合金，获得了具有较高连接强度的接头。本文重点研究了Zn元素对Sn/Al界面连接强度的强化机制，不同微观组织下接头的断裂机制及温度和超声波振动强度对钎缝中α-Al固溶体形态和数量的影响。
　　研究结果表明，当Sn中加入Zn元素之后，钎料中的Zn向Al表面附近聚集，使界面结合方式由单纯的Sn/Al结合转变成Zn/Al之间的结合，极大的提高了界面连接强度。300℃下采用纯Sn超声钎焊铝合金时接头的抗拉强度只有40MPa，而采用Sn-xZn（x=4，9，20wt.%）作为钎料时，接头的抗拉强度均在170MPa～180MPa之间，断裂于钎料中。400℃下采用Sn-9Zn超声钎焊后保温5min和1h的接头，抗拉强度均达到180MPa，断裂于钎缝中。
　　300℃下超声钎焊铝合金时，随着Zn含量的增加，钎缝中的Al含量逐渐增加，但变化不大，最高达到2.49wt.%。升高温度能够促进钎料中的Zn对铝母材的溶解，增加钎缝中Al的含量。在400℃下超声钎焊并保温1h后，钎缝中的Al含量达到9.04%。随着温度的升高和保温时间的延长，钎缝中α-Al固溶体聚集长大，并且上浮，导致钎缝中的α-Al固溶体分布不均匀。通过增加超声波振动强度，使液态钎料内产生涡流时，树枝状的α-Al固溶体均匀的分布在整个钎缝中。
　　钎缝微观组织不同时，接头的断裂机制不同。当钎缝中没有富Zn相时，接头沿共晶组织晶界断裂。而有富Zn相时，接头沿富Zn相与基体界面处断裂。

目录

Sn-Zn钎料超声钎焊铝合金工艺及接头强化机制研究

TECHNOLOGY OF ULTRASONIC BRAZING OF ALUMINUM BY Sn-Zn SOLDERS AND STRENGTHENING MECHANISM OF JOINT

摘　要

Abstract

目 录

第1章　绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 铝及铝合金的钎焊研究现状

1.2.1 铝及铝合金的硬钎焊

1.2.2 铝及铝合金的软钎焊

1.2.3 铝及铝合金的超声波钎焊

1.3 超声波空化作用破碎氧化膜的研究现状

1.4 本文研究的主要内容

第2章　试验材料及其方法

2.1 试验材料

2.1.1 铝合金

2.1.2 钎料

2.2 试验设备及方法

2.2.1 试验设备

2.2.2 焊前准备

2.2.3 焊接工艺

2.3 微观组织与力学性能分析

第3章　采用Sn-xZn钎料超声钎焊2A12铝合金

3.1 焊接工艺

3.2 接头微观组织分析

3.2.1 采用纯Sn超声钎焊2A12铝合金

3.2.2 采用Sn-4Zn超声钎焊2A12铝合金

3.2.3 采用Sn-9Zn超声钎焊2A12铝合金

3.2.4 采用Sn-20Zn超声钎焊2A12铝合金

3.3 接头力学性能对比

3.3.1 接头抗拉强度对比

3.3.2 接头断口分析

3.4 Sn/Al界面的强化机制分析

3.5 本章小结

第4章　溶解钎缝的微观组织及力学性能分析

4.1 焊接工艺

4.2 接头微观组织分析

4.2.1 焊接温度为400℃，保温5min

4.2.2 焊接温度为400℃，保温1h

4.2.3 焊接温度为400℃，保温1h，采用铝合金槽与凸台装配结构

4.3 接头力学性能分析

4.3.1 接头抗拉强度对比

4.3.2 接头断口分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间申请的专利

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