In、Bi元素对Zn-15Al钎料合金组织和性能的影响

摘要

我国铜矿石储量不足，大量依赖进口。相反，我国铝资源十分丰富，且价格仅为铜的三分之一。若大量采用以铝代替铜为原材料的制品，可以大大降低成本，节约资源。但是铜优异的导电性及导热性却是铝并不具备的，因此许多铜制构件并不能被铝制构件全面替代，这就使得铜铝连接问题变得尤为重要。但目前铜铝连接依然存在许多亟待解决的问题，比如接头易腐蚀老化、强度低等问题，因此如何获得优质的铜铝接头便成为以铝代铜的关键所在。　　本文以 Zn-15Al钎料为基础合金，并添加不同含量的In元素和Bi元素对T2紫铜板和1060纯铝板进行炉中钎焊，分别研究分析In元素和Bi元素对钎料合金组织及性能的影响，综合考虑钎料的熔化特性、润湿性、冲击韧性及焊接性能，优化出最佳合金成分。　　在Zn-15Al钎料加入In元素后，钎料的室温组织中层片状的共晶组织特征消失，树枝状的共析组织得到细化，并产生由铟基固溶体构成的块状InZn共晶组织。In含量为3.0wt.％时，ZnAl共析组织和InZn共晶组织分布较为均匀。在Zn-15Al-3In钎料中加入含量为3.0wt.%的Bi元素时，细小的BiIn2、BiIn硬脆相弥散分布于钎料组织中；当Bi含量大于3.0wt.%后，灰色的片状BiIn2、BiIn相不均匀分布在基体中。　　随In含量的增加，Zn-15Al-xIn钎料的各吸热峰逐渐向左偏移，熔化温度逐渐降低；随In含量的增加，Zn-15Al-xIn钎料在铜板上的铺展面积呈上升趋势，在铝板上的铺展面积先增大后减小，In含量为3.0wt.%时，在铝板上的铺展面积达到最大值392mm2；加入In元素之后的Zn-15Al-xIn钎料的冲击韧性急剧下降。在Zn-15Al-3In钎料中加入Bi元素，随Bi含量的增加，钎料合金中Bi-In的共晶温度呈增大趋势，Bi含量大于5.0wt.%后，不再发生明显变化；钎料在铜板上的铺展面积随Bi含量的增加逐渐增加，在铝板上的铺展面积逐渐减小；添加Bi元素后的Zn-15Al-3In-xBi钎料的冲击韧性继续呈下降趋势。　　Zn-15Al钎焊接头的显微组织主要由Zn-Al-Cu三元金属间化合物过渡层、粗大的枝状及块状CuAl2化合物、Zn-Al共析组织及分布在金属间化合物间隙中的ZnAlCu共晶组织构成；加入In元素后，随In含量的增加，Zn-15Al-xIn钎料钎缝中的CuAl2尺寸逐渐细化，当In含量为3.0wt.%时，块状CuAl2相尺寸明显减小且分布均匀。在 Zn-15Al-3In钎料中加入 Bi元素，随 Bi含量的增加，Zn-15Al-3In-xBi钎料钎缝中近铜侧处的枝状及块状 CuAl2相变得粗大，金属化合物过渡层变厚。　　随In含量的增加，Zn-15Al-xIn钎焊接头的抗剪切强度呈先增大后减小的趋势，In含量为3.0wt.%时，接头的抗剪切强度达到最大值57MPa；在Zn-15Al-3In钎料中加入Bi元素，随Bi含量的增加，接头的抗剪切强度呈先增大后减小的趋势，Bi含量为3.0wt.%时，接头的抗剪切强度达到最大值62MPa，较未添加In、Bi元素的Zn-15Al钎焊接头的抗剪切强度提高了40.1%。　　综上所述，在 Zn-15Al钎料合金中加入3.0wt.%的In元素及3.0wt.%的Bi元素，钎料及钎焊接头的综合性能最佳。

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1 绪论

1.1 选题背景

1.2 铜铝钎焊用钎料合金研究现状

1.3 研究内容及意义

2 试验过程及试验方法

2.1 钎料合金的成分设计

2.2 试验材料及设备

2.3 钎料合金的熔炼

2.4 钎焊试验

2.5 组织分析

2.6 性能测试

3 In对Zn-15Al钎料显微组织和性能的影响

3.1 In对Zn-15Al钎料显微组织的影响

3.2 In对Zn-15Al钎料性能的影响

3.3 本章小结

4 In对Zn-15Al钎料铜铝接头显微组织和性能的影响

4.1 In对Zn-15Al钎料铜铝接头显微组织的影响

4.2 In对Zn-15Al钎料铜铝搭接接头剪切性能的影响

4.3 本章小结

5 Bi对Zn-15Al-3In钎料及其铜铝接头显微组织和性能的影响

5.1 Bi对Zn-15Al-3In钎料显微组织的影响

5.2 Bi对Zn-15Al-3In钎料性能的影响

5.3 Bi对Zn-15Al-3In钎料铜铝接头显微组织的影响

5.4 Bi对Zn-15Al-3In钎料铜铝搭接接头剪切性能的影响

5.5 本章小结

6 结论

参考文献

个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果

致谢