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Al-Si-Cu-Zn急冷钎料制备及润湿性作者：赵其章， 喻军， 赵宏权， 邹家生， ZHAO Qizhang， YU Jun， ZHAO Hongquan， ZOU Jiasheng作者单位：赵其章,赵宏权,邹家生,ZHAO Qizhang,ZHAO Hongquan,ZOU Jiasheng(江苏科技大学,先进焊接技术省级重点实验室,江苏,镇江,212003)， 喻军,YU Jun(上海外高桥造船有限公司,上海,200137)刊名：江苏科技大学学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (NATURAL SCIENCEEDITION)年，卷(期)：2007,21(5)被引用次数：3次1.RABINKIN A New application for rapidly solidified brazing foils 1986(10)2.张启运;庄鸿寿钎焊手册 19993.张新平;史耀武;任耀文镍基非晶态及晶态钎料真空钎焊工艺性能的比较 1996(04)4.TSAO L C;CHIANG M J;LIN W H Effects of Zinc additions on the microstructure and melting temperatures of Al-Si-Cu filler metals[外文期刊] 20025.邹家生;罗新锋;赵宏权Al-Si-Cu-Zn钎料性能研究[期刊论文]-焊接技术 2007(01)6.路文江;张国栋;俞伟元非晶态合金钎料真空钎焊接头组织研究[期刊论文]-甘肃工业大学学报 1999(01)7.SCHUBERT Th Preparation and phase transformations of melt-spun Al-Ge-Si brazing foils[外文期刊] 1997(08)8.李月珠快速凝固技术和材料 19939.邹家生;许志荣;蒋志国Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料[期刊论文]-焊接学报 2005(10)1.邹家生.许如强.赵其章.陈铮用Al-Cu-Si-Mg钎料钎焊SiCp/LY12复合材料的接头强度及断裂[期刊论文]-稀有金属材料与工程2004,33(9)2.朱宏.张国伟.冯杏梅.冯展鹰.包晔峰Al-Si-Cu-Ni-Re钎料性能研究[会议论文]-20083.邹家生.吕思聪.赵宏权.罗新锋Al-Si-Cu-Zn急冷钎料钎焊铝及铝合金的界面结构及强度[会议论文]-20074.俞伟元.陈学定.路文江快速凝固Al-Si-Cu基钎料的性能[期刊论文]-焊接学报2004,25(2)5.朱宏.张国伟.冯杏梅.冯展鹰.包晔峰6063铝合金冷板中温无腐蚀钎焊工艺研究[会议论文]-20086.邹家生.罗新锋.赵宏权.ZOU Jia-sheng.LUO Xin-feng.ZHAO Hong-quan Al-Si-Cu-Zn钎料性能研究[期刊论文]-焊接技术2007,36(1)7.邹家生.吕思聪.赵宏权.罗新锋.ZOU Jiasheng.LV Sicong.ZHAO Hongquan.LUO Xinfeng Al-Si-Cu-Zn急冷钎料钎焊铝及铝合金的界面结构及强度[期刊论文]-焊接学报2008,29(3)8.陈忠宝.路文江.俞伟元.陈学定.张静.康凯.CHEN Zhong-bao.LU Wen-jiang.YU Wei-yuan.CHEN Xue-ding. ZHANG Jing.KANG Kai LD2铝合金真空钎焊用铝基钎料的制备及性能研究[期刊论文]-热加工工艺2006,35(19)9.于文花.朱颖.康慧.曲平.胡刚Al-Si-Cu-Ni低熔点钎料中合金元素对其性能的影响[期刊论文]-焊接2002(11)10.于文花.朱颖.康慧.曲平.胡刚合金元素Cu,Si,Ni对Al基钎料的影响[期刊论文]-焊接技术2003,32(2)1.邹家生.王磊.汪成龙微量锆对Cu-P基急冷钎料润湿性的影响[期刊论文]-江苏科技大学学报（自然科学版）2.曹金山.路文江.俞伟元.刘安华.张凌云Al-Si-Cu-Zn-Sn快速凝固薄带钎料的制备及其性能研究[期刊论文]-热加工工艺 2009(11)3.冯华.王泽华.林萍华.周泽华.江少群快速凝固Al-Si-Cu合金钎料的组织和熔点研究[期刊论文]-轻合金加工技术 2009(2)4.汪成龙.王磊.邹家生.冯杏梅Ag-Cu-Ti急冷钎料在Si3N4陶瓷上的润湿性研究[期刊论文]-焊接 2008(9)本文链接：/Periodical_hdcbgyxy200705008.aspx。
第28卷 第3期2007年 6月材 料 热 处 理 学 报TR ANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENTVol .28 No .3June 2007铸态及均匀化处理3003铝锰合金的组织和性能李广钦, 左秀荣(郑州大学物理工程学院材料物理教育部重点实验室,河南郑州 450002)摘 要:用SEM 和EDS 等方法研究了细晶铝锭熔铸的3003铝锰合金以及Al -10Ti 中间合金、Al -5Ti -1B 中间合金细化的3003铝锰合金铸态及均匀化处理状态的组织和力学性能。
结果表明,在铸态情况下,由细晶铝锭熔铸试样的晶粒细小、析出相弥散且细小,力学性能最好,尤其是其伸长率明显高于其他试样;均匀化热处理后,试样的析出相发生了球化,且伸长率有所提高,由细晶铝锭熔铸试样的析出相有粗化趋势,其伸长率略低于Al -10Ti 中间合金熔配试样,但仍高于Al -5Ti -1B 中间合金熔配试样,因此细晶铝锭可取代Al -10Ti 、Al -5Ti -1B 中间合金来改善3003铝锰合金的组织及性能。
关键词:3003铝锰合金; 细晶铝锭; 力学性能中图分类号:TG146.2; TG113 文献标识码:A 文章编号:1009-6264(2007)03-0063-04Research on microstructure and mechanical properties ofas -cast and homogenized 3003aluminium -manganese alloyLI Guang -qin , ZUO Xiu -rong(School of Physical Scienc e and Technology ,Key Laboratory of Material Physics Ministry of Education ,Zhengzhou University ,Zhengzhou 450052,China )A bstract :The microstructure and mechanical properties of as -cast and homogenized 3003alu minium -manganese alloy s grain -refined b y Ti addition using different methods were investigated by SE M and EDS .The results show that the grains of the test samples added Ti b y grain -refining aluminium ingots (GR AI )are fine ,and precipitated phases are fine and disperse in as -cast state ,and its mechanical properties is the best ,especially its elongation is markedly higher than that of other test samples .After homogenization ,majority of precipitated phases of the test samples are spheroidized ,and their elongation increases .The precipitated phases of the test samples added Ti by G R AI become bigger ,it s elongation is lower than the test sample added Ti b y Al -10Ti master alloy ,but higher than that of the test sample added Ti by Al -5Ti -1B master alloy .So GRAI can substitute Al -10Ti master alloy and Al -5Ti -1B master alloy to improve the microstructure and properties of 3003aluminium -manganese alloys .Key words :3003aluminium -manganese alloys ;grain -refining aluminium ingots ;mechanical收稿日期: 2006-04-03; 修订日期: 2006-08-14作者简介: 李广钦(1978—),男,郑州大学物理工程学院硕士研究 3003铝锰防锈铝合金突出的特点是密度低、耐蚀、导电和导热性能好,且具有良好的反射性、非磁性、优良的焊接性能和加工性等,被广泛用于包装材料、热交换材料、感光材料、装饰材料、焊接材料等方面。
A3003特征及应用范围：
A3003日本锰系合金铝，对应国内牌号LF21，是应用最广的一种防锈铝，
这种合金的强度不高（稍高于工业纯铝），不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能：
在退火状态有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，
可切削性能不良。
用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，
如邮箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆3003铝板成形性、溶接性、耐蚀性均良好。
用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，
或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，
运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道一般器物、散热片、化妆板、影印机滚筒、船舶用材。
A3003化学成分：
A3003主要特性
合金元素为锰，具有极佳的成形加工特性，高耐腐蚀性，良好的焊接性和导电性，强度更高{
A3003应用举例
广泛用于厨具，食物及化工产品处理和贮存装置，运输液体产品的槽，罐，以及薄板加工的各种压力容器及管道，热交换器，铆钉，焊丝，洗衣机缸体
A3003力学性能
抗拉强度σb (MPa) ) 140-180
条件屈服强度σ0.2 (MPa) )≥115
试样尺寸：所有壁厚
注：管材室温纵向力学性能。
《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，铝合金因其轻质、高强、耐腐蚀等特性在航空、汽车、船舶等领域得到了广泛应用。
其中，3003铝合金因其良好的加工性能和中等强度成为了研究的热点。
搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding，FSW）作为一种固相连接技术，因其工艺简单、无污染、连接强度高等优点在铝合金的连接中得到了广泛应用。
然而，搅拌摩擦焊过程中的组织演变和性能变化对焊接质量有着重要影响。
因此，对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究具有重要的理论和实践意义。
二、3003铝合金搅拌摩擦焊的组织研究1. 焊接过程组织演变在搅拌摩擦焊过程中，焊缝区的组织会发生显著的变化。
由于摩擦热的产生和材料的流动，焊缝区的铝合金会发生动态再结晶、晶粒长大等现象。
此外，焊接过程中的热循环也会对焊缝区的组织产生影响，如晶粒的形状、大小和分布等。
2. 焊接接头组织分析搅拌摩擦焊的接头组织包括焊缝区、热影响区和母材区。
焊缝区的组织最为复杂，包含了再结晶晶粒、部分未再结晶晶粒以及由材料流动产生的纹理。
热影响区的组织也会发生变化，但程度较焊缝区轻。
母材区的组织基本保持不变。
三、3003铝合金搅拌摩擦焊的性能研究1. 力学性能搅拌摩擦焊的接头力学性能主要包括抗拉强度、屈服强度和延伸率等。
研究表明，合理的焊接工艺参数可以获得高强度的焊接接头。
此外，焊缝区的微观组织对力学性能也有重要影响，如再结晶晶粒的分布和大小等。
2. 耐腐蚀性能铝合金的耐腐蚀性能对其应用具有重要意义。
搅拌摩擦焊的接头耐腐蚀性能受焊接过程中组织的演变和化学成分的变化影响。
研究表明，适当的焊接工艺参数可以减小接头处的化学成分偏析，从而提高接头的耐腐蚀性能。
四、结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，可以得出以下结论：1. 搅拌摩擦焊过程中，焊缝区的组织会发生显著的动态再结晶和晶粒长大现象，热影响区的组织也会发生变化。
《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言搅拌摩擦焊作为一种先进的固态连接技术，已被广泛应用于各种金属材料领域，其中3003铝合金作为一种具有优良的成形性、可焊性和耐腐蚀性的材料，在工业制造领域具有广泛应用。
本文以3003铝合金为研究对象，探讨其搅拌摩擦焊的组织与性能变化规律，旨在为优化搅拌摩擦焊工艺及提升焊接接头的性能提供理论支持。
二、实验材料与方法本实验所使用的材料为3003铝合金板材，其化学成分、力学性能等基本参数均符合国家标准。
实验过程中，采用搅拌摩擦焊设备进行焊接，并通过对焊接过程中的工艺参数进行优化，如焊接速度、搅拌头转速等，以获得理想的焊接接头。
三、搅拌摩擦焊组织研究1. 焊接接头组织分析通过对焊接接头进行金相显微镜观察，发现搅拌摩擦焊过程中，焊接接头经历了动态再结晶、晶粒破碎与重新排列等过程。
焊接接头的热影响区分为热机械影响区、热影响区和母材区。
其中，热机械影响区为晶粒细化区，晶界处存在一定程度的溶质原子偏聚现象；热影响区则因受热作用而发生不同程度的组织变化。
2. 焊接接头微观结构分析利用扫描电子显微镜和透射电子显微镜对焊接接头进行微观结构分析，发现搅拌摩擦焊过程中产生了大量细小的等轴晶粒，且晶粒尺寸随工艺参数的优化而减小。
此外，焊接接头处存在一定程度的晶界偏析现象，但整体上焊接接头的微观结构较为均匀。
四、性能研究1. 力学性能分析通过对焊接接头进行拉伸试验和硬度测试，发现优化工艺参数后，焊接接头的抗拉强度、屈服强度和延伸率均得到显著提高。
其中，抗拉强度接近母材水平，说明焊接接头的力学性能得到了有效提升。
2. 耐腐蚀性能分析通过电化学腐蚀试验和盐雾腐蚀试验对焊接接头的耐腐蚀性能进行分析，发现优化工艺参数后，焊接接头的耐腐蚀性能得到了显著提高。
这主要得益于焊接过程中产生的细小等轴晶粒和均匀的微观结构，使得焊接接头具有较好的耐腐蚀性能。
五、结论本文通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，得出以下结论：1. 搅拌摩擦焊过程中，焊接接头经历了动态再结晶、晶粒破碎与重新排列等过程，形成细小的等轴晶粒和均匀的微观结构。
3003铝板化学成分和力学标准1. 介绍：3003铝板是一种广泛应用的铝合金材料，具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。
它的化学成分和力学标准对于其性能和用途起着决定性作用。
本文将全面评估3003铝板的化学成分和力学标准，并对其进行深入探讨。
2. 化学成分：在深入了解3003铝板的化学成分之前，我们需要了解铝合金的一般特点。
铝合金是由铝和其他元素（如锰、镁、硅等）组成的，通过不同的合金元素比例和处理工艺可以获得各种性能的铝合金材料。
在化学成分方面，3003铝板的主要元素包括铝（Al）和锰（Mn），其中铝的含量大于98%，锰的含量在1-1.5%之间。
3003铝板还含有少量的铜（Cu）和其他杂质元素。
这些合金元素的含量和比例对3003铝板的硬度、强度、耐腐蚀性等性能起着重要影响。
3. 力学标准：力学标准是衡量材料性能的重要指标，也是评价3003铝板品质的重要依据。
在力学标准方面，3003铝板的硬度、强度、延展性和耐腐蚀性都是关键指标。
3003铝板的硬度主要体现在它的抗拉强度和屈服强度上。
根据国际标准，3003铝板的抗拉强度在110-205MPa之间，屈服强度在40-150MPa之间。
这表明3003铝板在一定程度上具有一定的硬度和强度，能够满足不同领域的需求。
3003铝板的延展性也是其重要的力学标准之一。
3003铝板的延展率通常在10%以上，这意味着它具有较好的薄板成形性能，适用于各种冲压加工和成型工艺。
3003铝板的耐腐蚀性也是其力学标准中的重要指标之一。
由于其含有锰等合金元素，3003铝板具有良好的抗腐蚀性能，能够在潮湿、腐蚀性环境中长期使用而不受损。
4. 总结与回顾：3003铝板的化学成分和力学标准对其性能和用途起着重要作用，是我们选择和应用该材料时需要重点关注的方面。
我们需要深入了解其化学成分，了解合金元素对其性能的影响，同时也需要关注其力学标准，从抗拉强度、硬度、延展性和耐腐蚀性等方面全面评估其品质和适用范围。
3003铝板概述3003系列铝板是铝锰合金系列的一款常用产品。
优于拥有了锰合金元素，该款产品具有优秀的防锈特性，又被称为防锈铝板。
强度比1100约高10%，成形性、溶接性、耐蚀性均良好。
用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道一般器物、散热片、化妆板、影印机滚筒、船舶用材。
特性3003 为AL-Mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度不高（稍高于工业纯铝），不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能：在退火状态有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良。
用途主要用于要求高的可塑性和良好的焊接性，在液体或气体介质中工作的低载荷零件，如邮箱，汽油或润滑油导管，各种液体容器和其他用深拉制作的小负荷零件：线材用来做铆钉。
适用范围该产品常应用在外包装，机械部件，冰箱，空调通风管道等潮湿环境下，该产品具有良好的防锈能力。
3003铝板常用于船舶、舰艇、车辆用材、汽车和飞机板焊接件、需严格防火的压力容器、致冷装置、电视塔、钻探设备、交通运输设备、导弹元件、装甲等。
物理性能化学成份铝 Al ：余量硅 Si ：0.6 铜 Cu ：0.05--0.2 锌 Zn：0.10 锰 Mn：1.0--1.5 铁 Fe：0.7 单个：0.05力学性能抗拉强度σb (MPa) ) 120-160 条件屈服强度σ0.2 (MPa) )≥85[3] 试样尺寸：所有壁厚注：管材室温纵向力学性能铝板带国家标准(GB/T 3880-2006)，适用于铝合金板带材料的统一标准。
热处理工艺1)完全退火:加热390～430℃;随材料有效厚度不同,保温时间30～120min;以30～50℃/h速度随炉冷至300℃下,再空冷。
焊接技术第３６卷第１期２００７年２月铝及铝合金以其优良的物理、化学性能，良好的加工、表面处理和耐蚀性能，在当代工业材料中占有很重要的地位，被广泛应用于航天航空、建筑、电器、汽车和船舶等部门［１，２］。
又由于其比强度高、耐腐蚀性好等优点，是代替钢材等作为结构材料的理想材料，同时也是当今所需要的绿色环保、节能材料。
而纯铝、铝合金的连接及其加工工艺在其中起着非常重要的作用［３］。
在众多的连接方法中，钎焊作为一种能够可靠地连接铝及其合金结构件的连接方法而被广泛应用。
但铝及其合金具有硬度低、焊接时表面氧化膜难去除等缺点，与之匹配的中温钎料、钎剂研究不成熟，而使得铝及铝合金的更广泛的应用受到了限制。
传统的Ａｌ－１２Ｓｉ钎料（共晶点温度５７７℃）可以钎焊某些铝合金而得到可靠的接头，但是和这些铝合金的熔化温度相比，钎焊温度又过高，经常会发生铝合金母材过烧及元器件损坏现象，因此只能钎焊纯铝和少数几种熔点较高的铝合金，如６０６３，３Ａ２１等。
而像７Ａ０４，７Ａ０５等铝合金由于固相线温度低于Ａｌ－Ｓｉ钎料熔点，故不能用该钎料来钎焊。
为了解决这些问题，许多研究人员都在研究一种能够钎焊绝大多数铝合金而又具有满意连接强度的低熔点钎料。
Ｋａｙａｍｏｔｏ等人研究了一系列可用于焊接６０６１铝合金且具有低熔点和足够接头强度的Ａｌ－Ｇｅ－Ｓｉ－Ｍｇ钎料。
然而，Ｇｅ的价格使得这种钎料过于昂贵。
Ｈｕｍｐｓｔｏｎ和Ｊａｃｏｂｓｏｎ等人报道了一种熔化区间在５１８￣５３８℃之间的Ａｌ－５Ｓｉ－２０Ｃｕ－２Ｎｉ钎料。
Ｓｕｚｕｋｉ等人也曾研究过一系列三元共晶的Ａｌ－Ｓｉ－Ｚｎ钎料［４］。
而笔者主要是研究了一系列Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｚｎ系钎料，该系列由于Ｃｕ，Ｚｎ元素的加入，不仅使得该系钎料熔点降低（大约在５００～５７７℃），而且具有良好的流动性、润湿性。
１试验材料及设备本试验所用母材为１０６０纯铝和６０６３铝合金，母材有关的性质［２］见表１。
钎料为自制的Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｚｎ钎料，其成分见表２。
3003铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢接触反应钎焊接头组织和性能陈大林;俞伟元;宋学平【摘要】In this paper,contact brazing technique was used to weld nickel and copper on the surface of stainless steel,and Mg powder was added as the intermediate reaction layer for brazing.The connection between 3003 aluminum alloy and stainless steel was carried out.The mechanical properties of welded joints were measured by universal testing machine.The microstructures and element distributions of the joints were observed by scanning electron microscopy (SEM).The interface morphology,phase composition and connection mechanism were analyzed.When the brazing temperature is 560 ℃ and welding pressure is 0.1 Mpa,effective connection holding time is 15 min for contact reactive brazing of the two joints the maximum shear strength of 23.1 Mpa,the average shear strength of 21.6 Mpa,filler metal Al atom diffusion is obvious,and the formation of Al-Mg,Al-Cu,Al-Fe and other intermetallic compounds.%采用接触反应钎焊技术在不锈钢表面分别镀镍和铜,添加Mg粉作为中间反应层进行接触反应钎焊,对3003铝合金和不锈钢之间的连接进行工艺探索试验.使用万能力学试验机测试焊接接头的力学性能,采用扫描电子显微镜观察接头的显微组织和元素分布,分析连接界面形貌、物相组成以及焊缝的连接机理.在钎焊温度560℃、焊接压力0.1 MPa、保温时间15 min的条件下进行接触反应钎焊实现两者的有效连接,接头最大剪切强度23.1 MPa,平均剪切强度21.6 MPa,钎料区Al原子扩散明显,并形成Al-Mg、Al-Cu、Al-Fe系等多种金属间化合物.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2018(048)001【总页数】3页(P32-34)【关键词】铝钢;接触反应钎焊;微观组织【作者】陈大林;俞伟元;宋学平【作者单位】兰州石化职业技术学院,甘肃兰州730060;兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州730050;兰州石化职业技术学院,甘肃兰州730060【正文语种】中文【中图分类】TG457.140 前言奥氏体不锈钢[1-2]1Cr18Ni9Ti在空气、水蒸汽及多种酸、碱、盐的水溶液具有良好的化学稳定性，在高温和低温下均具有优良的塑韧性、冷热加工性能和耐腐蚀性能。
《3003铝合金搅拌摩擦焊组织与性能研究》篇一一、引言随着航空、航天及高速铁路等行业的快速发展，对轻质、高强度的金属材料需求日益增长。
3003铝合金作为一种常用的轻质合金材料，因其优良的塑形、抗腐蚀性能而受到广泛关注。
而搅拌摩擦焊作为一种新型的焊接技术，以其焊接质量高、工艺灵活性强等特点在金属材料加工领域得到了广泛应用。
本文旨在研究3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能，为该技术的进一步应用提供理论支持。
二、实验材料与方法1. 材料准备实验所使用的材料为3003铝合金板，其厚度为XX毫米。
在焊前进行必要的表面处理，确保焊接质量。
2. 搅拌摩擦焊工艺采用先进的搅拌摩擦焊设备进行焊接，控制焊接过程中的转速、进给速度等参数，确保焊接质量。
3. 实验方法通过金相显微镜、扫描电镜等手段观察焊接接头的组织结构；利用硬度计、拉伸试验机等设备分析接头的力学性能。
三、搅拌摩擦焊的组织研究1. 焊缝形貌观察通过金相显微镜观察焊缝的形貌，发现焊缝区域分为热影响区、热力影响区及搅拌针作用区。
各区域的组织结构有明显差异。
2. 焊缝组织分析利用扫描电镜对焊缝组织进行观察分析，发现焊缝区域的组织结构由焊核区、热力影响区及基体区组成。
其中焊核区组织均匀致密，热力影响区出现了一定的晶粒细化现象。
四、性能研究1. 硬度分析通过硬度计测量发现，搅拌摩擦焊后的接头硬度分布均匀，无明显硬度降低区域。
与基体相比，焊核区的硬度略有提高。
2. 拉伸性能测试通过拉伸试验机对焊接接头进行拉伸测试，发现接头的抗拉强度和延伸率均达到或接近基体的水平，表明搅拌摩擦焊技术能够有效提高3003铝合金的连接强度。
五、结论通过对3003铝合金搅拌摩擦焊的组织与性能进行研究，得出以下结论：1. 搅拌摩擦焊技术能够有效地将3003铝合金连接在一起，形成均匀致密的焊缝结构。
2. 焊缝区域的组织结构由焊核区、热力影响区和基体区组成，其中焊核区组织均匀致密，热力影响区出现晶粒细化现象。
3003铝合金板焊接分析3003铝合金板为AL-Mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度不高（稍高于工业纯铝），不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能：在退火状态有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良。
用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道。
2力学性能抗拉强度Ϭb (MPa) ：140-180条件屈服强度Ϭ0.2 (MPa) ≥1153化学性能耐蚀性：3003铝合金的耐蚀性很好，接近工业纯铝的耐蚀性，对大气、淡水、海水、食品、有机酸、汽油、中性无机盐水溶液等均有良好的耐蚀性，在稀酸中的耐蚀性也很好。
在冷变形状态时，3003铝合金有剥落腐蚀倾向，变形越大，剥落越严重。
由于阳极氧化后色彩不均匀，故一般不进行阳极化处理4铝及铝合金的焊接特点（1）铝的强氧化能力铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。
铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。
焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。
在焊接过程加强保护，防止其氧化。
钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。
气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。
在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
（2）较大的热导率和比热容铝及铝合金的热导率和比热容均约为碳素钢和低合金钢的两倍多。
铝的热导率则是奥氏体不锈钢的十几倍。
在焊接过程中，大量的热量能被迅速传导到基体金属内部，因而焊接铝及铝合金时，能量除消耗于熔化金属熔池外，还要有更多的热量无谓消耗于金属其他部位，这种无用能量的消耗要比钢的焊接更为显著，为了获得高质量的焊接接头，应当尽量采用能量集中、功率大的能源，有时也可采用预热等工艺措施。
3003铝合金板焊接分析3003铝合金板为AL-Mn系合金，是应用最广的一种防锈铝，这种合金的强度不高（稍高于工业纯铝），不能热处理强化，故采用冷加工方法来提高它的力学性能：在退火状态有很高的塑性，在半冷作硬化时塑性尚好，冷作硬化时塑性低，耐腐蚀好，焊接性良好，可切削性能不良。
用于加工需要有良好的成形性能、高的抗蚀性可焊性好的零件部件，或既要求有这些性能又需要有比1XXX系合金强度高的工作，如厨具、食物和化工产品处理与贮存装置，运输液体产品的槽、罐，以薄板加工的各种压力容器与管道。
1化学成分合金的化学成分（质量分数/%）合金 Si Fe Cu Mn Zn Al3003Al 0.60 0.70 (0.05-0.20) (1.0-1.5) 0.10 余量2力学性能抗拉强度Ϭb (MPa) ：140-180条件屈服强度Ϭ0.2 (MPa) ≥1153化学性能耐蚀性：3003铝合金的耐蚀性很好，接近工业纯铝的耐蚀性，对大气、淡水、海水、食品、有机酸、汽油、中性无机盐水溶液等均有良好的耐蚀性，在稀酸中的耐蚀性也很好。
在冷变形状态时，3003铝合金有剥落腐蚀倾向，变形越大，剥落越严重。
由于阳极氧化后色彩不均匀，故一般不进行阳极化处理4铝及铝合金的焊接特点（1）铝的强氧化能力铝在空气中及焊接时极易氧化，生成的氧化铝（Al2O3）熔点高、非常稳定，不易去除。
阻碍母材的熔化和熔合，氧化膜的比重大，不易浮出表面，易生成夹渣、未熔合、未焊透等缺欠。
铝材的表面氧化膜和吸附大量的水分，易使焊缝产生气孔。
焊接前应采用化学或机械方法进行严格表面清理，清除其表面氧化膜。
在焊接过程加强保护，防止其氧化。
钨极氩弧焊时，选用交流电源，通过“阴极清理”作用，去除氧化膜。
气焊时，采用去除氧化膜的焊剂。
在厚板焊接时，可加大焊接热量，例如，氦弧热量大，利用氦气或氩氦混合气体保护，或者采用大规范的熔化极气体保护焊，在直流正接情况下，可不需要“阴极清理”。
Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能李小强;肖晴;李力;屈盛官【摘要】采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料对3003铝合金进行钎焊实验,利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪对接头微观组织和断口进行分析,并研究了钎焊温度对接头组织和性能的影响.结果表明:在540～580℃保温10min工艺下钎焊3003铝合金,均可获得良好的钎焊效果.钎焊接头均由钎缝中心区的α(Al)固溶体、θ(Al2Cu)金属间化合物、细小Si相和AlCuFeMn+ Si相,两侧扩散区的α(Al)固溶体与元素扩散层以及母材组成;钎焊接头室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面,断口主要呈脆性解理断裂特征.随着钎焊温度的升高,扩散区的α(Al)固溶体晶粒长大,接头结合界面犬牙交错;当钎焊温度为560℃,保温10min时,接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa,约为母材强度的62.7％.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2016(044)009【总页数】6页(P32-37)【关键词】铝合金;钎焊;铝基钎料;接头组织【作者】李小强;肖晴;李力;屈盛官【作者单位】华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640;华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心,广州510640【正文语种】中文【中图分类】TG454铝合金由于密度小、力学性能良好、成形性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械等行业[1,2]。
钎焊作为一种传统的连接技术，可以使被连接件的变形控制在极小的范围内，从而为结构复杂的铝合金制件的连接提供技术支撑。
铝合金目前常用的钎焊方法有火焰钎焊、气体保护钎焊和真空钎焊[3-5]。
火焰钎焊简便灵活，适用于小尺寸构件，但是加热过程中温度不易精确控制，难以保证接头质量，甚至可能烧坏被焊工件。
气体保护钎焊和真空钎焊适应性好，并能较好地保证接头质量，但对设备的依赖性大，操作过程也较为复杂。
空气炉中钎焊作为最简单有效的钎焊方法之一，具有加热均匀、设备简单通用、生产效率较高等优点，但因钎焊温度较高时，工件容易发生氧化，难以保证钎焊质量，导致其应用受到一定程度的限制；因此，寻找一种低熔点铝基钎料来降低钎焊温度，对实现铝合金低成本、高质量的钎焊连接具有十分重要的实际意义。
常用的铝基钎料主要是以Al-Si共晶为基础，根据不同的母材特性和钎焊接头性能要求，通过添加一定的合金元素而形成。
针对不适宜采用Al-Si共晶钎料钎焊的低熔点铝合金[6,7]，国内外学者为降低钎料的熔点作了大量研究，结果表明，锗、铟、镱、铜等元素可以降低钎料的熔点；但考虑到材料成本，目前国内主要采用加入Cu元素以达到降低钎料熔点的目的[8,9]。
本工作采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金，分析钎焊温度对接头组织和性能的影响规律。
钎焊实验采用空气炉中钎焊工艺，在SX3-4-10-A型箱式电阻炉中进行，所采用的铝合金试件尺寸为15mm×30mm×3mm，其化学成分(质量分数/%)为：Mn 1.12，Si 0.12，Cu 0.07，Fe 0.55，Al为余量。
母材的室温抗拉强度为147.3MPa。
实验钎料为自主研制的箔状Al-Si-Cu-Zn钎料，厚度为0.2mm。
钎料的化学成分及其熔化温度如表1所示。
该钎料以Al-Si为基础，通过添加适量铜和锌降低钎料合金的熔点，改善其流动性[4,10]；添加微量锰改善钎料对3003铝合金的润湿性，提高钎焊接头的强度和抗腐蚀性能。
考虑到空气炉中加热的氧化性和钎焊过程中的去膜作用，采用QJ201钎剂进行保护，QJ201的化学成分为KCl-32LiCl-10NaF-8ZnCl2，熔点范围为460～520℃。
钎焊前，将待钎焊面在SiC砂纸上按180#，360#，600#和800#顺序进行逐级打磨，接着用10%NaOH溶液去氧化膜，然后用清水冲洗，再用5%HNO3溶液进行中和处理，最后用清水冲洗、晾干。
风干后的钎料置于两钎焊面间组装成搭接接头(如图1所示)，并施加0.2MPa的压力，以保证钎焊试样稳固[11]。
钎焊时，先将SX3-4-10-A型箱式电阻炉加热到钎焊温度并保温10min，使炉膛内温度均匀，然后将装配好的试样放置于电阻炉内，通过快速升温避免钎剂因过早熔化而降低其效用，从达到目标温度开始计时，焊后迅速从电阻炉中取出试样并空冷至室温。
本实验钎焊温度为540～580℃，保温时间为10min。
将钎焊接头截面研磨抛光进行金相制样(腐蚀液为0.5%HF水溶液)，采用DMI 5000M金相显微镜、Quanta200环境扫描电子显微镜、Inca 300能谱分析仪和D8 Advance X射线衍射仪等分析试样接头微观组织和断口形貌。
采用CMT5105万能材料试验机测试钎焊试样抗剪强度，实验加载速率为0.5mm/min。
2.1 钎料的XRD和微观组织图2(a),(b)分别为Al-Si-Cu-Zn钎料的XRD图谱和微观组织。
由XRD结果可知该钎料含有α(Al)，θ(Al2Cu)，Si和Al65Cu20Fe9Mn6 4个相，结合EDS结果，判断微观组织中浅灰色基体为α(Al)相，灰色网络状为θ(Al2Cu)相，深灰色细针状为Si相，黑色枝杈状为AlCuFeMn+Si相。
2.2 典型钎焊接头的微观组织图3为钎焊温度560℃，钎焊时间10min的接头微观组织。
根据钎缝中元素(主要是Al元素)的线扫描结果(见图3(a))，可以将钎焊接头分成3部分，即钎缝中心区、扩散区和母材[12]。
图3(a)中间是以钎料合金为主的钎缝中心区(表示为Ⅰ区)，左右两侧是3003母材(表示为Ⅲ区)。
Ⅰ区和Ⅲ区之间为Ⅱ区，Ⅱ区是由于钎焊过程中钎料和母材中元素的扩散作用而形成的扩散区。
如图3(a)所示，根据Al元素的线扫描成分分布将扩散区可以分为单相α(Al)固溶体层(表示为A层) 和元素扩散层(表示为B层)两层[12,13]。
从钎缝中心区到母材，Al元素含量先急剧升高，然后趋于稳定(A层)，略微下降之后又开始上升(B层)，最后达到新的稳定值。
单相α(Al)固溶体层是指扩散层向钎缝中心方向生长的齿状α(Al)固溶体，它的形成既与Al-Si，Al-Si-Cu共晶反应有关，也与钎料中的Si，Cu元素的扩散有关，合金元素的扩散使母材在低于其熔点的温度下即可发生熔化。
图3(b)是560℃时钎焊接头的钎缝中心区微观组织，与钎料的微观组织(见图2(b))对比，发现两者的相组成基本相同，即浅灰色网络状的θ(Al2Cu)相、深灰色细针状和细小颗粒状的Si相以及深灰色枝杈状AlCuFeMn+Si相，其余为α(Al)固溶体。
2.3 钎焊温度对接头的微观组织的影响图4为不同钎焊温度时钎焊接头的微观组织，可见接头组织均较为致密，呈现出良好冶金结合。
由图4可以看出钎焊温度从540℃上升至560℃时，钎缝宽度逐渐增加，α(Al)和θ(Al2Cu)晶粒明显长大，并且α(Al)相在钎缝中所占体积比有所增加，θ(Al2Cu)相体积比减小。
这是由于随着钎焊温度升高母材中的Al原子向钎料合金中扩散以及钎料合金中的合金原子(主要是Cu，Zn，Si原子)向母材的扩散作用均加剧，导致母材溶解增多和钎缝/母材界面向母材一侧推移。
当钎焊温度升高至580℃时，因钎焊温度过高，钎料黏度过低，导致钎料部分流失，钎缝变窄，钎缝中心区α(Al)相、θ(Al2Cu)相晶粒明显粗大，且组织较不均匀。
对不同钎焊温度时钎焊接头的钎缝中心区的基体组织进行能谱分析，结果如表2所示。
结合Al-Si-Cu三元相图[6]，推断钎缝基体组织为固溶有Cu，Zn，Si元素的α(Al)固溶体。
不同钎焊温度对应的钎缝中心区θ(Al2Cu)相、AlCuFeMn+Si相的能谱分析结果如表3所示。
随着钎焊温度的升高，元素扩散作用加剧，扩散区齿状α(Al)固溶体进一步向钎缝中心生长，形成犬牙交错的结合界面，进一步增强钎料与母材的冶金结合能力，使接头性能提高。
齿状α(Al)固溶体的适当生长有利于钎焊接头力学性能的提高，但是钎焊温度过高会使母材发生过度溶蚀，接头性能反而恶化[5]。
2.4 力学性能及断口分析采用Al-Si-Cu-Zn钎料在不同钎焊温度下对3003铝合金进行搭接钎焊，获得的接头的室温抗剪强度[12]及断裂位置如表4所示。
由表4可知，钎焊温度为540～580℃，钎焊接头均断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处。
从540℃升高至560℃，钎焊接头的室温抗剪强度逐渐提高，但温度进一步升高至580℃时，强度有所下降。
钎焊温度直接影响元素的扩散能力和接头的冶金结合效果[14]，钎焊温度为540℃时，元素的长程扩散能力较弱，两侧扩散区较窄(见图3(a))，齿状α(Al)固溶体晶粒较小，钎缝与母材结合界面几乎呈直线，冶金结合相对偏弱，室温剪切时试样断裂在扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，钎焊接头抗剪强度为54.8MPa；随着钎焊温度的升高，母材和钎料中元素的长程扩散能力增强，齿状α(Al)固溶体晶粒长大，接头结合界面犬牙交错，接头两侧扩散区逐渐增厚(见图4(b)，(c))，冶金结合能力逐渐增强，试样剪切断裂时断裂面仍位于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，但曲折的界面延缓了裂纹的扩展，使得钎焊接头抗剪强度得到提高。
当钎焊温度为560℃时，钎焊接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa，约为母材强度的62.7%。
然而进一步提高钎焊温度，钎料发生部分流失，母材发生轻微溶蚀，扩散区的α(Al)固溶体晶粒不再均匀长大，从而导致钎焊接头的强度反而降低。
当钎焊温度上升至580℃时，接头的室温抗剪强度下降到61.6MPa。
图5为560℃钎焊接头的剪切断口形貌。
从图5(a)可以看出断口呈现出许多短而弯曲的撕裂棱，撕裂棱两边由大小不一的解理台阶构成。
表5显示了图5(a)中3个位置的能谱分析结果，Al和Cu的原子比接近2∶1，可以判断剪切断口为θ(Al2Cu)相。
再结合图5(b)，可以判断接头断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面，这是由于α(Al)固溶体晶界处存在不连续网状分布的脆性θ(Al2Cu)相。
在应力集中的作用下，脆性θ(Al2Cu)相沿α(Al)相界面被拉开从而产生裂纹，最终导致接头剪切断口表现为较明显的脆性解理断裂特性[15]。
(1)采用Al-Si-Cu-Zn箔状钎料在540～580℃保温10min工艺下对3003合金进行钎焊，可获得良好的钎焊接头，它由钎缝中心区、两侧扩散区和母材组成。
