Al、Ag對Zn-Al釬料性能的影響及相關(guān)機(jī)理研究.pdf

1、純鋁及3003鋁合金釬焊通常采用Al-Si釬料，此類釬料潤濕性好、強(qiáng)度高，缺點(diǎn)是熔點(diǎn)高，容易導(dǎo)致母材過燒甚至熔化，研發(fā)熔點(diǎn)較低的中溫鋁釬料是目前鋁及鋁合金釬焊的發(fā)展趨勢。另外，由于銅的資源性短缺及銅價的居高不下，使以鋁代銅成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一，研制性能優(yōu)良的銅-鋁釬焊用釬料亦是目前亟待解決的問題。本文以Zn-Al釬料為研究對象，旨在研究開發(fā)新型性能優(yōu)良的鋁-鋁釬焊及銅-鋁釬焊材料。
　　 Zn-Al釬料由于其獨(dú)特的熔化溫度范圍

2、(381℃～500℃)，在鋁-鋁釬焊、銅-鋁釬焊領(lǐng)域?qū)⒕哂袕V闊的應(yīng)用前景。本文研究了Al元素和Ag元素對Zn-Al釬料性能的影響，綜合考慮釬料的熔化溫度、鋪展性能以及釬焊接頭力學(xué)性能，研究了Zn-Al釬料在純鋁、3003鋁合金、紫銅表面的鋪展性能以及純鋁釬焊接頭、3003鋁合金釬焊接頭、紫銅.純鋁釬焊接頭的力學(xué)性能。在此基礎(chǔ)上對釬料合金成分進(jìn)行了優(yōu)化，并分析了Al元素和Ag元素影響Zn-Al釬料性能的作用機(jī)理。
　　 本文首先研

3、究了Al元素對Zn-Al釬料釬焊純鋁性能的影響，分析了Al元素對Zn-Al釬料顯微組織、在純鋁表面鋪展性能以及純鋁釬焊接頭力學(xué)性能的影響。研究表明，隨著釬料中Al含量的增加，釬料在純鋁表面的鋪展面積增大，當(dāng)Al含量為15 wt.％時，鋪展面積達(dá)到最大，繼續(xù)增加Al元素含量，鋪展性面積減小。純鋁釬焊接頭力學(xué)性能試驗(yàn)研究結(jié)果表明，搭接釬焊接頭均斷裂于母材，對接釬焊接頭部分試件斷裂于釬縫。隨著釬料中Al含量的增加，對接接頭的抗拉強(qiáng)度增大，當(dāng)A

4、l含量為15wt.％時抗拉強(qiáng)度達(dá)到最高，繼續(xù)增加Al含量，釬縫顯微組織變得粗大，釬焊接頭抗拉強(qiáng)度降低。由此得出結(jié)論，85Zn-15Al釬料釬焊純鋁時，綜合性能最好。
　　 采用不同Al含量的Zn-Al釬料釬焊3003鋁合金，鋪展性能試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著釬料中Al含量的增加，釬料在3003鋁合金表面的鋪展性能提高，當(dāng)Al含量為15 wt.％時，鋪展性能最佳，繼續(xù)增加Al含量，鋪展性能下降。3003鋁合金釬焊接頭力學(xué)性能試驗(yàn)研究結(jié)果表

5、明，搭接釬焊接頭均斷裂于母材，對接釬焊接頭部分試件斷裂于釬縫。Al含量低于等于15wt.％時，對接釬焊接頭均斷裂于母材處。當(dāng)Al含量超過15wt.％后，釬縫顯微組織變得粗大，釬焊接頭抗拉強(qiáng)度降低，部分試件斷裂于釬縫處。綜合考慮釬料鋪展性能及釬焊接頭力學(xué)性能，85Zn-15Al釬料釬焊3003鋁合金性能最佳。
　　 Al元素對Zn-Al釬料銅-鋁釬焊過程中的鋪展性能、釬焊接頭力學(xué)性能及釬縫顯微組織影響顯著。研究結(jié)果表明，隨著釬料中

6、Al含量的增加，釬料在紫銅表面的鋪展性能提高，但Zn-Al釬料在紫銅表面的鋪展性能顯著低于其在純鋁表面的鋪展性能。因此，在銅-鋁異種材料釬焊過程中，Zn-Al釬料在釬縫中的流動主要依賴于釬料在純鋁表面的潤濕、鋪展。釬焊接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明對接與搭接釬焊接頭均斷裂于釬縫。隨著釬料中Al含量的增加，銅-鋁釬焊接頭強(qiáng)度提高，當(dāng)Al含量為15 wt.％時釬焊接頭力學(xué)性能最佳，繼續(xù)增加Al含量，釬縫內(nèi)的CuAl2化合物數(shù)量顯著增加且變得粗大，

7、粗大的CuAl2化合物與其周圍組織之間容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而萌生裂紋，導(dǎo)致釬焊接頭強(qiáng)度降低。綜合考慮釬料鋪展性能及釬焊接頭力學(xué)性能，在不添加其他合金元素的情況下，釬焊銅-鋁異種材料時，85Zn-15Al釬料較好。
　　 然而，85Zn-15Al釬料在銅-鋁釬焊中仍然存在一些缺點(diǎn)，特別是釬焊接頭力學(xué)性能有待于進(jìn)一步提高。本文以85Zn-15Al作為基體釬料，著重研究了Ag元素對Zn-Al釬料顯微組織、熔化溫度、鋪展性能、銅-鋁異種材料

8、釬焊接頭力學(xué)性能以及釬縫顯微組織的影響。研究結(jié)果表明，隨著釬料中Ag含量的增加，釬料的熔化溫度顯著提高，釬料在純鋁及紫銅表面的鋪展面積均呈上升趨勢。銅-鋁釬焊接頭力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果表明，搭接與對接釬焊接頭均斷裂于釬縫處。隨著Ag含量的增加，釬縫內(nèi)部塊狀CuAl2相尺寸變得細(xì)小，產(chǎn)生應(yīng)力集中的傾向減小，對應(yīng)的釬焊接頭力學(xué)性能顯著提高。當(dāng)Ag的添加量為3.3wt.％時，釬焊接頭的力學(xué)性能最佳，繼續(xù)增加Ag含量，釬焊接頭強(qiáng)度變化不大。銅一鋁異種