CuAl直接钎焊接头组织性能研究
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Welding Technology Vol.40No.5May 2011·专题综述·文章编号:1002-025X (2011)05-0001-04铜/铝钎焊用软钎料及其焊接性研究现状杨刘波,孙德明,刘鹏,李静(山东建筑大学材料科学与工程学院,山东济南250101)摘要:介绍了铜/铝异种材料钎焊用的几种常见软钎料及其特点、应用及研究现状。
本文着重介绍了Sn-Zn 和Zn-Al 系钎料的特点及应用,分析了目前Sn-Zn 和Zn-Al 系钎料存在的主要问题,并对Zn-Al 系钎料在铜/铝钎焊中的应用前景进行了展望。
关键词:铜/铝;异种材料;钎焊;软钎料中图分类号:TG454文献标志码:A收稿日期:2010-10-25基金项目:中国博士后科学基金资助项目(20080430377);山东省优秀中青年科学家科研奖励基金项目(2008BS04037,2007BS04020)0前言软钎焊是一种低温结合工艺,主要依靠钎料对母材的润湿来形成接头[1-2]。
铜/铝异种材料利用钎焊技术进行连接,既能节约资源、节省成本,又能发挥铜和铝各自的性能优势。
软钎焊已被广泛用于电子组装工艺、电机制造以及电器用端子的铝线与设备铜制引出端的连接等。
铜与铝的物理化学性能差异较大,钎焊时Al 基体表面极易氧化成致密的氧化膜,且极易在界面产生硬脆、电阻极大的Cu-Al 金属间化合物[3-5]。
钎焊时通常将金属间化合物的厚度控制在2μm 以下,才能获得成形良好的Cu /Al 异种接头,同时,又能保证其力学性能[6]。
因此,不断改善钎料性能,降低金属间化合物对Cu /Al 接头性能的影响,一直是铜/铝钎焊用软钎料研究的热点课题。
铜/铝钎焊用软钎料,正在经历从传统的Sn-Pb 钎料向绿色无铅软钎料发展的过程。
本文主要介绍常见的几种铜/铝钎焊用软钎料的特点、性能及其焊接性,阐述了Sn 基、Cd 基、Zn 基钎料的特点及其在铜/铝钎焊中的应用,重点关注Zn-Al 系软钎料研究的现状。
铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能研究【摘要】通过电化学Tafel曲线的测试,在室温3.5%氯化钠溶液中,对铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能进行了研究。
结果表明:在钎焊过程中,施加一定压力,在一定的保温温度下,延长保温时间,可以提高接头的耐腐蚀性能。
【关键词】异种金属;焊接接头;腐蚀;电化学The Research on Corrosion of Dissimilar Metal Connections of Copper and AlloyZHU Xiao-ou WANG Xiao-li LU Peng-cheng LUO Chang(School of Materials Science and Engineering,Jiangsu University of Science and Technology,Zhenjiang Jiangsu,212003,China)【Abstract】The electrochemical corrosion properties of welded joints of Dissimilar Metal Connections of Copper and Alloy were studied by measuring Tafel polarization curves. The results shows that the corrosion resistance of welded joint is better if imposed appropriate pressure and if made it in the longer holding time under the certain temperature.【Key words】Dissimilar metal;Welded joint;Electrochemical corrosion随着异种金属连接技术的发展,铝铜钎焊接头由于具有优良的力学性能和导电性能,被广泛地用于电气工程,制冷和供暖设备,以及其他需要铝铜连接的各个领域。
采用A l -C u -S i -N i钎料钎焊5A06合金接头组织与性能元琳琳1唐超2黄晓猛2金凯1(!北京有色金属与稀土应用研究所,北京100012; 2.北京市电子信息用新型钎焊材料工程技术研究中心,北京100012)摘要采用Al -Cu -8-G 钎料在不同钎焊工艺参数下对5A 06铝合金进行真空钎焊试验,研究钎焊温度与保温时间对接头微观组织与力学性能的影响。
利用扫描电镜(SEM )和能谱仪(EDS )对接头的微观结构和 行分析, 室温拉伸试验及显微硬度测试 接头力学性能的演变。
结果表明,接头 结合 形成多种金合物,如Mg 2S :i ,C U Al 2等。
550丈钎焊时,接头剪切强度明显高于540 i 焊的接头,且随着钎焊保温时间的延 ,接头剪切强度逐步提高。
在550 i 焊30 mm 时接头剪切强度可达74 M P +。
钎料合金 [10]。
文中采用自制A l -Cu -Si -N i 钎料对5A 06合金进行焊以获得高强度5A 06铝合金接头。
为焊工艺参数,对不同钎焊条件下的接头微观组织演变 及力学性能进行研究。
1试验材料及试验方法试验采用A l -30S i 合金、A l -50C u 合金、99. 99% (质 量分数)高 及纯镍作为原料在 制备A l -Cu -Si -N i 钎料合金,前行去 膜,熔炼时高纯度氩气,金。
为使钎料合金成分均勻,合金需 3次。
为300 mmX 200 mmX 30 m m 的铸键经多道次轧制为0. 1 m m 厚。
冷轧态5A 06铝合金母材与A l -Cu -Si -N i 钎料合金成分 见表1及表2。
利用差热分析法确定A l -Cu -Si -N i 钎料 的固液相温度,结果见表3。
表1 5A 06铝合金化学成分(质量分数,%)S i C u Mn M g Zn Ti B e F e Al!0.4!0. 10.5 -0.8 5.8 -6.8!0.20.02 -0. 10!0.005!0.4余量关键词:铝合金钎焊微观结构力学性能 中图分类号:TG 4540 前言镁合金不可热 合金,度和高,兼具良好的、导电、可加工性及焊接性,因此用、、电子、船舶、汽车等行业[1_3]。
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。
铜磷锡钎料钎焊黄铜接头组织及性能0 序言铜磷钎料由于熔点低、自钎性好、价格低且钎焊接头强度较高,因此在钎焊铜和铜合金方面得到广泛的应用[1-3]。
铜磷钎料中,磷能显著降低铜的熔点且有很好的自钎作用,工业生产应用中的磷含量一般在5(质量分数,%)以上。
由于钎料中易形成大量Cu3P脆性相,导致合金在室温下呈脆性,使铜磷钎料的韧性远远低于银基钎料,且只能在热态下挤压和轧制,因而限制了它的应用。
为了优化铜磷钎料,采用合金化的策略来改善Cu-P钎料的物理性能和钎焊力学性能。
向铜磷钎料中添加银元素能有效降低铜磷合金的熔化温度、改善其加工韧性。
但是,银属于贵金属且资源有限,随着银价格上涨和生产用量的增加,铜磷银钎料的成本也不断攀升,生产成本急剧增加。
近年来,节银钎料越来越引起人们的关注。
锡在铜磷钎料中被认为是替代银最有效的元素。
为了降低成本,在铜磷钎料中添加锡元素替代银来降低铜磷钎料的熔点和成本,提高钎料的焊接性能[4-5]。
国内外对铜磷锡钎料的研究着重于Sn元素对铜磷钎料组织及性能等方面的研究[6]。
文中采用铜磷锡钎料钎焊黄铜板对接接头,测量其接头的抗拉强度,观察接头显微组织结构和拉伸断口形貌,以期为铜磷钎料成分的优化设计提供依据。
1 试验设计及方法试验钎料为郑州机械研究所生产的铜磷锡钎料,钎料的形态为丝状,直径为φ1.6 mm,铜磷锡钎料的化学成分及特性如表1所示。
试验的母材为黄铜板(Cu质量分数为60%,Zn的质量分数为40%),尺寸为1.5 mm×15 mm×80 mm。
黄铜板抗拉强度为357 MPa。
表1 B-Cu90PSn钎料化学成分及固液相线化学成分(质量分数,%)CuPSn固相线温度TS/℃液相线温度TL/℃9064652.2683.6根据GB 11363—2008《钎焊接头强度试验方法》,采用上述钎料钎焊黄铜板对接接头。
钎焊前,首先在酸性清洗剂中超声波清洗试件表面的氧化物及杂质,其后用清水冲洗、砂纸打磨,将打磨后的试件和钎料放入酒精中超声波清洗,最后用吹风机吹干备用。
钎焊接头连接件以及焊缝设计与性能研究随着工业发展的需求不断增加,钎焊技术作为一种重要的连接方式,在各行各业得到了广泛应用。
本文将探讨钎焊接头连接件的设计原则以及焊缝设计与性能的研究,从而为相关领域的实际应用提供参考。
钎焊接头连接件是指通过钎焊技术将两个或多个金属零件连接在一起的装配件。
它具有以下几个主要部分:钎料、基材、填充材料和焊缝。
钎焊接头连接件的设计需要考虑以下几个因素:首先,钎料的选择对于接头连接的质量和性能至关重要。
钎料应具有良好的润湿性、流动性和可扩散性,以确保填充金属能够和基材充分融合。
常用的钎料有银基、铝基和铜基钎料,选择合适的钎料要考虑基材的材质、使用环境中的温度和压力等因素。
其次,基材的选择要与钎料相匹配。
基材可以是金属、陶瓷或复合材料等,不同的基材具有不同的物理性能和化学性质。
在设计钎焊接头连接件时,需要考虑基材的熔点、强度、蠕变性能等。
填充材料用于填充连接件之间的间隙,其作用是增加接头的强度和耐久性。
填充材料应具有良好的可塑性和可焊性,与钎料和基材相容性良好。
一般来说,填充材料应选择与基材相似的材质,以确保钎焊接头连接件的整体性能。
焊缝的设计是钎焊接头连接件中的关键环节。
焊缝的几何形状和尺寸直接影响接头的强度和耐久性。
一般来说,焊缝的宽度、深度和角度等参数应根据具体应用需求和基材的特性来确定。
较宽的焊缝可以提高接头的承载能力,但会增加焊接过程中的材料消耗和成本。
因此,焊缝的设计应在满足强度要求的基础上尽量减小焊缝的尺寸。
焊缝的性能研究是钎焊接头连接件设计中的重要环节。
通过对焊缝的力学性能、热力学性能和电化学性能等进行研究,可以评估钎焊接头连接件的可靠性和稳定性。
机械性能测试包括拉伸试验、冲击试验和硬度测试等,可评估接头的强度、韧性和硬度。
热力学性能研究可以揭示焊接过程中的热应力、残余应力和变形情况,以指导接头的制备和应用。
电化学性能测试则可以评估接头在腐蚀环境中的抗蚀性能。
Cu-Al钎焊接头分离技术研究的开题报告【摘要】钎焊接头是一种广泛使用的连接方式,特别是在高温、高压和腐蚀环境下。
然而,在某些情况下,为了进行检修、维护或更换设备,需要对钎焊接头进行分离。
本文将研究针对Cu-Al钎焊接头分离技术,包括分离原理、分离方法、影响分离效果的因素等。
【关键词】Cu-Al钎焊接头;分离技术;分离原理;分离方法;影响因素【引言】钎焊接头具有连接强度高、密封性好、耐腐蚀性好等优点,在工业生产中得到广泛应用。
但是,在某些情况下,需要对钎焊接头进行分离,例如进行检修、维护或更换设备等。
因此,研究钎焊接头分离技术,具有重要的理论和实际意义。
Cu-Al钎焊接头由铜和铝两种金属钎焊而成,具有一定的韧性和可塑性。
但是,由于铜和铝两种金属的热膨胀系数不同,容易产生热应力,导致接头出现变形、开裂等问题。
因此,钎焊接头的分离也面临着较大的技术难度。
本文将以Cu-Al钎焊接头分离技术研究为主题,针对分离原理、分离方法、影响分离效果的因素等展开研究。
【分离原理】钎焊接头分离的基本原理是通过热力学效应消除焊接,使铜和铝两种金属分开。
在Cu-Al钎焊接头的分离过程中,首先要解除接头的固定,如螺栓、螺母等,并在接头周围加热。
由于铝的热导率高,铜的热容量大,当加热到一定温度时,铝热膨胀,使铜与铝断裂。
此时,如不及时采取措施,可能会烧坏铝和铜接头。
【分离方法】1.热剪切法热剪切法是一种常用的Cu-Al钎焊接头分离方法。
方法是使用热切割器或火焰喷枪加热接头周围,使接头达到熔点以上,再采用机械剪断剪断。
该方法破坏了接头,但不影响其质量。
2.磁力分离法磁力分离法是一种非接触式分离方法,具有分离精度高、分离速度快等优点。
该方法利用磁感应强度差异分离铝和铜,将磁轨道降至0(即去磁)后,铝和铜即可分离。
该方法不会破坏接头,可充分利用铜和铝的回收价值。
3.化学分离法化学分离法是一种通过化学反应实现接头分离的方法。
该方法涉及化学品的使用,具有危险性,操作难度较大,使用范围相对较窄。
钎焊过程原位合成Al-Si-Cu合金及接头性能龙伟民;路全彬;何鹏;薛松柏;吴铭方;薛鹏【摘要】Al-Si-Cu基钎料熔点低、强度高,非常适用于铝合金的钎焊.但位于三元共晶成分点附近的Al-Si-Cu合金由于含有大量的CuAl2脆性金属间化合物,无法采用常规塑性加工方法成形,因此限制了其使用范围.为克服上述不足,设计一种使用AlSi-CuAl复合焊丝在钎焊过程中原位合成Al-Si-Cu钎料的方法,并对其钎焊接头组织与性能进行研究.结果表明:采用的复合焊丝外层为AlSi合金,内层为CuAl合金粉,两者熔点接近.复合钎料的加工性能远优于同成分的Al-Si-Cu钎料.使用复合焊丝感应钎焊3A2l铝合金,钎焊过程中两种合金几乎同时熔化,经瞬间保温后可充分熔合并形成Al-Si-Cu钎料,获得成分均匀、界面结合良好的钎缝,钎焊接头抗剪强度高于采用常规Al-Si-Cu钎料钎焊的接头抗剪强度.【期刊名称】《材料工程》【年(卷),期】2016(044)006【总页数】7页(P17-23)【关键词】Al-Si-Cu钎料;原位合成;复合焊丝;钎焊【作者】龙伟民;路全彬;何鹏;薛松柏;吴铭方;薛鹏【作者单位】郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室,郑州450001;郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室,郑州450001;哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室,哈尔滨150001;南京航空航天大学材料科学与技术学院,南京210016;江苏科技大学先进焊接技术省级重点实验室,江苏镇江212003;南京理工大学材料科学与工程学院,南京210094【正文语种】中文【中图分类】TG454铝及铝合金广泛应用于电力电子、车辆、制冷和航空领域,且其应用范围在不断扩大[1-5]。
钎焊是铝合金应用最广的连接方式之一,由于常用的铝基钎料液相线与被焊铝合金的固相线非常接近,铝合金钎焊时钎焊温度控制难度较大,易发生溶蚀、过烧甚至使母材熔化[1,6]。
Sn-9Zn基无铅钎料Cu钎焊接头及界面区组织性能的研究的开题报告一、研究背景现代电子信息产品广泛应用,对高性能、高可靠、低成本的电子元器件提出了更高的要求。
而电子产品的生产需要使用大量的电子元器件,包括电路板、电子连接器、模块等等,这些元器件的连接和固定通常使用钎焊工艺完成。
传统的钎焊工艺使用的钎料通常含铅,但是随着环保意识的不断提高,含铅钎料已经逐渐被淘汰。
无铅钎料成为了发展趋势,同时也带来了新的问题。
钎焊接头和界面区的组织形态和化学成分对于钎焊接头的性能、可靠性和使用寿命有着重要的影响。
因此,对于无铅钎料的研究需要探索合理的无铅钎料配方和加工工艺,同时也需要对接头和界面区进行深入的研究,以提高无铅钎料的钎焊性能和使用寿命。
本研究针对Sn-9Zn基无铅钎料在Cu钎焊接头及界面区组织性能的研究开展,旨在探究无铅钎料的物理、化学特性以及加工参数对接头和界面区组织性能的影响。
二、研究内容1. 研究Sn-9Zn基无铅钎料的物理、化学特性,分析其与Cu钎焊材料的相容性;2. 通过实验探究无铅钎料的加工参数对接头和界面区组织性能的影响,分析钎焊接头的微观组织结构、化学成分、晶粒大小、相变的特性;3. 实验研究各种工艺参数对Sn-9Zn基无铅钎料的熔化、流动性以及成形性的影响,探索优化钎焊工艺的方法;4. 测试钎焊接头的力学性能,包括强度、延展性、硬度等,以及热膨胀系数、热疲劳性等,分析无铅钎料的耐用性和可靠性。
三、研究意义1. 对于无铅钎料在电子行业中的应用提供重要的参考和指导;2. 探究研究Sn-9Zn基无铅钎料的物理、化学特性以及钎焊接头和界面区的组织性能,为无铅钎料的产业化应用提供科学的依据和技术支撑;3. 优化无铅钎料的组配比例和加工工艺,提高钎焊接头的质量和生产效率,降低生产成本;4. 对于环保和可持续发展提出了新的思路和方向,推动了环保产业的发展。
第34卷第5期重庆大学学报Vol.34No.52011年5月JournalofChongqingUniversityMay2011 文章编号:1000 582X(2011)05 031 05犆狌/犃犾管气体火焰钎焊接头特征及热力学分析罗 键a,赵国际a,王向杰a,孙 玉b(重庆大学a.机械传动国家重点实验室;b.材料科学与工程学院,重庆400044)收稿日期:2010 12 08基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2008BB3303);教育部新世纪优秀人才支持计划(NCET 08 0607);教育部长江学者和创新团队发展计划(IRT0763);重庆大学大型仪器设备开放基金资助;机械传动国家重点实验室自主研究课题作者简介:罗键(1971),男,重庆大学教授,博士生导师,主要从事先进焊接技术及其理论研究,(E mail)luojian@cqu.edu.cn。
摘 要:通过计算Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下形成金属间化合物的各化学反应的熵变,对Cu/Al金属间化合物的形成及向CuAl2转化的趋势进行了化学热力学分析;结合XRD、SEM、EDS研究了Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊接头组织与元素分布特征。
结果表明,Cu/Al管氧乙炔气体火焰钎焊条件下,接头中脆性金属间化合物CuAl2由Cu、Al原子的直接结合和其他Cu/Al金属间化合物与Al原子的继续反应生成,其中CuAl自主转化趋势较强;热力学计算分析与接头XRD分析结果一致。
钎焊接头可分为3个特征区域:靠近Al基体侧形成了宽度约30μm的α Al与α Al+CuAl2二元共晶区;钎缝中心偏Al基体一侧形成了宽度约150μm组织细密的多元共晶组织区;钎缝中靠近Cu基体宽度约120μm区域,Cu的大量扩散并与Al充分反应,形成了粗大珊瑚状CuAl2。
关键词:Cu/Al;钎焊;CuAl2;元素分布;热力学 中图分类号:TG454文献标志码:A犆犺犪狉犪犮狋犲狉犻狊狋犻犮狊犪狀犱狋犺犲狉犿狅犱狔狀犪犿犻犮狊犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狅狓狔犪犮犲狋狔犾犲狀犲犳犾犪犿犲犫狉犪狕犻狀犵犼狅犻狀狋狅犳犆狌/犃犾狋狌犫犲狊犔犝犗犑犻犪狀a,犣犎犃犗犌狌狅 犼犻a,犠犃犖犌犡犻犪狀犵 犼犻犲a,犛犝犖犢狌b(a.TheStateKeyLaboratoryofMechanicalTransmission;b.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing400044,P.R.China)犃犫狊狋狉犪犮狋:EntropychangesinchemicalreactionofCu/AlintermetalliccompoundsformationinCu/Aloxyacetyleneflamebrazingarecalculated,andthetendencyofCu/AlintermetalliccompoundsformandtransformtoCuAl2isanalyzedwiththemethodofchemicalthermodynamics.ThemicrostructureandcharacteristicsofelementsdistributionanddiffusionoftheCu/AloxyacetyleneflamebrazingjointareanalyzedbyXRD,SEMandEDS.Resultsshowthat,undertheconditionofCu/Aloxyacetyleneflamebrazing,theCuAl2intermetalliccompoundsformedbythedirectreactionofCu&AlatomsandthesustainedreactionofCu/AlintermetalliccompoundswithAlatoms.CuAlhasrelativelystrongindependenttransformationtrend.TheresultsofthermodynamicsanalysisandcalculationareconsistentwiththeXRDofjoint.Brazingjointcanbedividedintothreefeatureregions:theα Alandbinaryeutectic(α Al+CuAl2)regionisnearAlsidewiththewidthofabout30μm;thefinemultipleeutecticstructureisformedinbrazingseamcenternearAlsidewiththewidthofabout150μm;andtheregionnearCusubstratewiththewidthofabout120μm,whereCudiffuseslargelyandreactsrichlywithAlandmassiveCuAl2isformedlikecorals.犓犲狔狑狅狉犱狊:Cu/Al;brazing;CuAl2;elementdistribution;thermodynamics 在工业领域中,Al与Cu都是良好的导热、导电材料。