In-Al-RE在銅錫鈦活性釬料中的行為研究.pdf

1、為降低Cu-Sn-Ti釬料熔化溫度，提高其耐磨性，本文采用兩因素四水平的全試驗對Cu-Sn-Ti活性釬料進(jìn)行系統(tǒng)的研究，優(yōu)化Cu-Sn-Ti釬料中Sn、Ti元素成分；通過單因素試驗，研究In、Al、Ce和La對Cu-Sn20-Ti15釬料顯微組織和性能的影響，揭示了In、Al、Ce和La元素在Cu-Sn20-Ti15釬料中的作用行為，得到了In、Al、Ce和La元素的較佳含量。主要研究結(jié)論如下：
　?。?）對全面試驗采用極差和方差

2、分析方法，確定 Sn對釬料熔化溫度和潤濕性產(chǎn)生顯著影響，Ti對釬料剪切強(qiáng)度和顯微硬度產(chǎn)生顯著影響，Cu-Sn-Ti活性釬料的最優(yōu)組合為Cu-Sn20-Ti(10～15)。
　　隨著Sn元素含量的增加，Cu-Snx-Ti10釬料顯微組織的演變規(guī)律為：α-Cu固溶體+少量共晶組織→大量共晶組織+α-Cu固溶體→共晶組織→大塊狀CuSn3Ti5金屬間化合物+粗化共晶組織+富Sn的α-Cu固溶體。隨著Ti含量的增加，Cu-Sn20-Tix

3、釬料顯微組織演變規(guī)律為：富Sn的α-Cu固溶體+大量Cu41Sn11相+條狀CuSn3Ti5相+少量棒狀共晶組織→富Sn的α-Cu固溶體+少量Cu41Sn11相+大塊CuSn3Ti5相+少量粗化的棒狀共晶組織→大量共晶組織+大塊 CuSn3Ti5相+少量 SnTi3相→富 Ti的α-Cu固溶體+大塊CuSn3Ti5相+大量SnTi3相。
　　隨著 Sn含量的增加，Cu-Sn-Ti釬料的熔化溫度降低，潤濕性提高。隨著 Ti含量的增加

4、，鑄態(tài)釬料的剪切強(qiáng)度先升高后降低，顯微硬度增大。
　?。?）Cu-Sn20-Ti15-Inx釬料顯微組織主要由大塊CuSn3Ti5相、共晶組織及共析組織組成，其中共晶組織主要由CuSn3Ti5相和α-Cu相交替形成，共析組織主要由In-Ti化合物與α-Cu相組成。In元素的存在形式為：共析組織、α-Cu相、Cu2InTi相和Cu4In相。添加In主要引起共晶組織、共析組織及In在α-Cu相固溶量的變化。隨著In含量的增加，共晶組織

5、粗化且含量減少，形態(tài)由層片狀、棒狀向球狀、塊狀狀轉(zhuǎn)變；共析組織含量增加，且組成相粗化；In在α-Cu相中固溶量增大，并伴隨有Cu4In相的生成。
　　In對 Cu-Sn20-Ti15-Inx鑄態(tài)釬料的熔化溫度、潤濕性及力學(xué)性能具有顯著影響。當(dāng)In含量為1.47 wt％時，鑄態(tài)釬料具有最低的固相線溫度、液相線溫度，以及最小的固-液相線溫度區(qū)間。釬料在石墨表面具有最佳的潤濕性。鑄態(tài)釬料的剪切強(qiáng)度、顯微硬度最大，其值分別為313.12

6、MPa、378.44 HV0.5。
　　Cu-Sn20-Ti15-In1.47釬料能實現(xiàn)石墨/鋼良好的冶金結(jié)合。鋼/釬縫界面區(qū)液態(tài)釬料對鋼具有溶蝕，界面處形成大量的塊狀灰黑色 Fe2Ti相；石墨/釬縫界面區(qū)形成連續(xù)的黑色TiC層，緊鄰TiC層垂直生長著大量塊狀或條狀的Sn-Ti化合物。釬焊接頭中，In的存在形式為固溶在Cu3Sn相和α-Cu相，未發(fā)現(xiàn)In元素形成的化合物，推測不會惡化釬縫的力學(xué)性能。
　　（3）Cu-Sn20

7、-Ti15-Alx鑄態(tài)釬料顯微組織主要由α-Cu相、大塊狀 CuSn3Ti5相、共晶組織及灰黑色組織（Ti3.3Al3、Ti11Al、Cu3Ti）組成。Al的存在形式為α-Cu相、Ti3.3Al3相和Ti11Al相。隨著Al含量的增加，共晶組織粗化，灰黑色組織比例增加，Al在α-Cu相的固溶量增大。
　　Al元素含量為0.51 wt%時，Cu-Sn20-Ti15-Alx釬料具有最低的固相線溫度、液相線溫度及最佳的潤濕性。釬料具有較

8、高的剪切強(qiáng)度（244.58 MPa）及較大的顯微硬度（331.75 HV0.5）。
　　Cu-Sn20-Ti15-Al0.51釬料能實現(xiàn)石墨/鋼良好的冶金結(jié)合。Al在釬焊接頭的存在形式為固溶于α-Cu相、Fe2Ti相，形成少量Al-Fe化合物和Ti3.3Al相。
　　（4）Cu-Sn20-Ti15-Cex釬料顯微組織主要由α-Cu相、大塊CuSn3Ti5相、共晶組織及富Ce化合物組成。Ce的存在形式為α-Cu相、Ce3Cu4

9、Sn4相及CeCu6金屬間化合物。隨著Ce含量的增加，Ce3Cu4Sn4相粗化，含量增加，Ce達(dá)到5%時，產(chǎn)生新的棒狀 CeCu6相。共晶組織含量減少，形態(tài)由層片狀向棒狀、球狀演變。La在Cu-Sn20-Ti15-Lax釬料的存在形式為：Cu9LaSn4和CuLaSn金屬化合物。隨著La含量的增加，共晶組織粗化，形狀由層片狀向棒狀和球狀轉(zhuǎn)變，Cu9LaSn4和CuLaSn金屬化合物含量增加，且尺寸增大。
　　Ce/La含量為1.0

10、0 wt%時，Cu-Sn20-Ti15釬料具有最低的熔化溫度及最佳的潤濕性。Ce/La增大釬料顯微硬度的同時顯著降低剪切強(qiáng)度。
　　（5）Cu-Sn20-Ti15-Ce/Lax實現(xiàn)石墨/鋼冶金結(jié)合。Ce、La對釬料和釬縫界面起到凈化、細(xì)化作用，Ce、La偏聚在液態(tài)釬料表面，降低了釬料表面張力，提高了釬料對石墨的潤濕性。石墨/釬縫界面 TiC、CeC2和 LaC2化合物的形成是Cu-Sn20-Ti15釬料與石墨實現(xiàn)冶金結(jié)合的主要原因