铝铜软钎焊用Sn-Zn-Bi-Ag钎料超声波辅助焊接工艺研究

摘要

铝铜异种金属连接在制冷等行业具有重要的工程应用价值，但其存在接头力学性能较差等问题。本论文通过改善钎料成分和施加超声波辅助焊接两种方法提高铝铜钎焊接头力学性能。首先，通过“[团簇]（连接原子）”理论模型对Sn-Zn基钎料进行优化设计，得到Z1、Z2和Z3三种合金成分；然后采用超声波辅助焊接的方式使用Z2钎料进行铝铜异种金属钎焊，研究不同超声波辅助焊接参数下基板Al元素的溶解量、铝铜接头界面微观组织性能和接头的力学性能。 本论文的主要结论如下： (1)A元素的加入使Sn-Zn基钎料中长条状Zn-rich（Al）相明显细化，并有AgZn3相的生成，钎料合金抗氧化性能提高；Sn-Zn基钎料中B元素的加入改善了钎料在铝铜基板的铺展性能，并降低了钎料的熔点。 (2)铝侧接头界面处，钎料与Al基板以Al-Zn-Sn固溶体连接；铜侧接头界面处，钎料与Cu基板结合形式以Cu5Zn8类型金属间化合物进行连接。 (3)施加超声波辅助焊接后，铝侧接头界面处虽然析出相成分未发生明显改变，但界面不平整度增加，有利于接头强度的改善；铜侧接头界面处以Cu5Zn8和Al4.2Cu3.2Zn0.7类型金属间化合物进行连接，接头剪切强度得到提高，约10MPa左右。 (4)随着超声波温度、时间和功率的增加，铝基板中的Al元素向钎料的溶解量不断增加并呈线性正相关。 (5)超声波辅助焊接最优工艺参数为：焊接温度300℃，时间10s-30s，功率6W-9W。在优化后的超声波辅助焊接工艺下，焊接强度较高其断裂位置在钎料内部且最大剪切强度达到38.57MPa。

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