塊體非晶合金Fe78Si9B13超聲波焊接制備研究.pdf

1、塊體非晶合金(BMG)是具有廣泛應(yīng)用潛力的工程結(jié)構(gòu)材料,為實(shí)現(xiàn)非晶合金的連接,探索高效節(jié)能的冶金結(jié)合技術(shù)具有重要的研究價(jià)值。已有研究報(bào)道摩擦焊、脈沖焊、電子束焊、激光焊和爆炸焊等技術(shù)可制備塊體非晶合金。
　　首先,本文采用超聲波焊接技術(shù)對多層Fe78Si9B13薄片進(jìn)行了固態(tài)連接,得到良好的焊接接頭以及合理化焊接工藝參數(shù),分別對焊接接頭進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)觀察(OM和SEM)、微區(qū)-X射線衍射分析(micro-XRD)、差示掃描量熱分析

2、(DSC)、顯微硬度測試和焊接溫度測試,分析闡述了多層 Fe78Si9B13薄片超聲波焊接的連接機(jī)理和晶化情況,為制備塊體非晶合金提供了一條有效途徑。
　　研究表明,過冷液態(tài)非晶Fe78Si9B13呈現(xiàn)超塑性和高熱穩(wěn)性,兩至六層薄片都能超聲固結(jié)在一起,通過大量試驗(yàn)得出,兩層薄片超聲波焊接的合理化工藝參數(shù)為超聲時(shí)間0.20s和靜壓力1.37×103N;三至五層薄片超聲波焊接的合理化工藝參數(shù)為：
　　(1)超聲時(shí)間0.19s和靜

3、壓力1.72×103N;
　　(2)超聲時(shí)間0.20s和靜壓力1.60×103N;
　　(3)超聲時(shí)間0.21s和靜壓力1.49×103N;
　　(4)超聲時(shí)間0.22s和靜壓力1.37×103N;六層薄片超聲波焊接的合理化工藝參數(shù)為超聲時(shí)間0.22s和靜壓力1.60×103N。
　　接頭界面點(diǎn)隙區(qū)不能有效連接,而觸點(diǎn)區(qū)可實(shí)現(xiàn)無缺陷、無晶化的固態(tài)結(jié)合,且保持原有熱學(xué)性,接頭焊縫區(qū)與熱影響區(qū)硬度都略有增加,薄片層間

4、溫度處于非晶Fe78Si9B13的過冷液相區(qū)。
　　其次,采用有限元分析軟件ANSYS模擬了多層Fe78Si9B13薄片的超聲波焊接,建立了二維軸對稱熱源模型,得到焊接過程中的瞬態(tài)溫度分布,結(jié)果表明,在超聲時(shí)間0.22s和靜壓力1.37×103N下,兩層薄片的接頭界面最高溫度536°C高于晶化轉(zhuǎn)變溫度495°C;三至五層薄片的界面最高溫度分別為485°C、462°C和442°C,都處在過冷液相區(qū);六層薄片的界面最高溫度409°C低

5、于玻璃轉(zhuǎn)化溫度420°C,論證了在一定工藝參數(shù)下多層非晶薄片超聲連接后可避免晶化。
　　最后,論文開展了 Fe78Si9B13薄片和3003鋁片的超聲波焊接試驗(yàn),各項(xiàng)測試結(jié)果表明,Fe78Si9B13/3003Al接頭界面呈現(xiàn)一條清晰的焊縫,沒有不良現(xiàn)象,非晶區(qū)可保持非晶態(tài),焊縫區(qū)硬度可達(dá)6×102kg/mm2,接頭拉伸剝離強(qiáng)度約為9.81×102N/m,其合理化工藝參數(shù)為:
　　(1)超聲時(shí)間0.14s和靜壓力1.37×1