SiC颗粒增强铝基复合材料的连接试验研究

摘要

本课题研究了SiCp/Al基复合材料的两种连接方法，即真空钎焊和过渡液相连接。通过对60％高体积分数的SiC颗粒增强Al基复合材料连接性的分析，在真空炉中分别采用了BA188SiMg铝基钎料和Cu箔中间层对这种材料进行了连接，利用数码相机、金相显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、扫描电镜及拉伸试验机等设备研究了连接材料、连接温度、保温扩散时间和铜箔厚度等工艺因素对连接接头性能的影响。结果表明： (1)无论采用Cu箔的过渡液相连接还是以BA188SiMg为钎料的真空钎焊，均可实现SiCp/Al复合材料的连接。 (2)过渡液相连接SiCp/Al MMCs时，连接温度不宜过高，对接头施加的压力也不宜过大，否则母材与接头的交界处会产生较大的应力集中而开裂；待连接表面的洁净度对连接质量的影响很大；随着连接温度的升高，接头的扩散反应区增大。 (3)以Cu箔为中间层进行过渡液相连接所形成的焊缝均比较细，随着保温扩散时间的延长，焊缝逐渐消失，连接质量提高；Cu箔厚度的变化对焊缝宏观形貌的影响不明显，但在相同工艺条件下，较厚Cu箔为中间层接头的扩散反应区较宽。 (4)在573℃以上的钎焊温度下发生了SiCp向焊缝的过渡现象；随着钎焊温度的升高，焊缝逐渐变细，在598℃以上时，可以取得与过渡液相连接粗细相近的微观形貌，但在573℃以上的连接温度下，母材会产生侧向膨胀与开裂现象，外观质量恶化。 (5)过渡液相连接接头中有金属间化合物AlCu3的产生，且采用0.02mmCu箔的接头中形成的AlCu3量要多一些，而以BA188SiMg为钎料的真空钎焊接头中则产生了Mg2Si和MgAl2O4；无论是采用过渡液相连接还是真空钎焊所得焊缝的硬度均不高，表明没有出现硬脆相在焊缝处的大量聚集：在较低的钎焊温度下，真空钎焊焊缝硬度较低，但随着钎焊温度的升高，其值逐渐升高；过渡液相连接焊缝的硬度比高钎焊温度下的焊缝低，但要比低钎焊温度下的高。 (6)保温扩散时间延长，过渡液相连接接头的强度升高；随着连接温度的升高，过渡液相连接接头的强度降低，而真空钎焊接头的强度则是先升高而后下降；在较长保温扩散时间下，采用较厚Cu箔的接头强度较高；在所采用的连接工艺下，过渡液相连接接头的强度普遍比真空钎焊的要高，且连接温度较低，可以避免母材的侧向膨胀与开裂，是一种比真空钎焊更适宜的连接方法。

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文摘

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致谢

第一章SiC颗粒增强铝基复合材料的发展与连接概况

1.1金属基复合材料发展概述

1.2 SICP/A1基复合材料的开发与应用

1.3 SICP/A1基复合材料的连接性

1.4熔化焊

1.4.1熔化焊中存在的问题

1.4.2熔化焊方法

1.5固相焊

1.5.1固相扩散连接与搅拌摩擦焊

1.5.2过渡液相连接技术

1.6钎焊

1.6.1 SiCp/Al基复合材料钎焊中存在的问题

1.6.2 SiCp/Al基复合材料的真空钎焊

1.6.3 SiCp/Al基复合材料在保护气氛中的钎焊

1.7本课题的意义及研究内容

第二章连接工艺试验

2.1试验材料

2.2试验原理

2.2.1真空钎焊

2.2.2过渡液相连接

2.3试验仪器与设备

2.4试验方法

2.4.1真空连接工艺参数简介

2.4.2试验方案

2.5连接试验过程

2.5.1材料准备

2.5.2连接操作

第三章接头外观质量和显微分析

3.1连接接头外观分析

3.1.1先期试验接头外观分析

3.1.2后期试验接头外观分析

3.2接头区显微分析

3.2.1金相分析

3.2.2接头的SEM分析

3.3本章小结

第四章接头区成分和力学性能测试分析

4.1接头区的相组成

4.2接头区显微硬度测试

4.3接头剪切强度测试

4.3.1先期剪切强度试验

4.3.2后期剪切强度试验

4.4本章小结

第五章研究结论与创新点、建议及展望

5.1研究结论与创新点

5.1.1研究结论

5.1.2创新点

5.2关于下一步工作的建议

5.3 SiCP/AI基复合材料焊接技术展望

参考文献

硕士期间发表的论文