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CuAl直接钎焊接头组织性能研究

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药芯铝钎料钎焊Cu／Al异种金属接头的力学性能及反应物

药芯铝钎料钎焊Cu／Al异种金属接头的力学性能及反应物
Ｃ Ａ ，ｕ １， １ ｕ 脆 性 相 。 ｕ ｌＣ Ａ ２Ａ４ ｑ等 Ｃ 关键词 ： Ｃ ／ Ｉ 种金属 ｕＡ异 药芯铝钎料 显微组织 接 头 强 度
中图分类号： Ｔ ２ Ｔ ５ Ｇ４ Ｇ４ ４
０ 序
言
力 学性 能 、 焊接 头脆性 断 裂 的原 因及 界 面组织 。 钎
由于 铜 、 二 者 的 物 理 和化 学 性 质 相 差 很 大 ， 、 铝 铜 铝 金 属 能 反 应 形 成 硬 脆 且 电 阻 极 大 的 金 属 问 化 合 物 ¨ Ｊ不但 影 响 接 头 的力 学 性 能 ， 且 易 导 致 热 裂 ， 并
纹， 因此 成 功地 将 Ｃ ／ １ 接 在 一起 并 达 到所 要 求 的 ｕＡ 连 力学性 能并 非易 事 。 目前 ， 除钎 焊 外 国 内外 采 用 的 Ｃ ／ １ 接 方 法 主 ｕＡ 连
分 重要 的意义 。
试 验采 用氧 乙 炔火 焰 钎 焊 工 艺 ， Ｃ ／ 焊 。所 用母 材是 铝合 金 ３０ ０３和紫 铜 Ｔ ， 度 １厚
１ ５ ｍｍ 。 ．
试验 用药 芯 铝钎 料 ： Ａ，Ｚ Ａ ｌ Ｚ Ａ ２ Ｚ Ａ ｇ ， Ａ ｇ 。药 芯 为
无腐 蚀性 钎剂 ， 主要 成分 是 氟 铝酸 铯 ， 活性 温 度 范 围 其 为 ４ ０～ ８ ４ ４ ０℃ 。钎料成 分 见表 １ 。
表 １ 钎料成分（ ） ％
要 有 ： 压 焊 、 擦 焊 、 炸 焊 、 阻 焊 和 电 子 束 焊 冷 摩 爆 电 等 Ｊ 。这些方 法需 用专 门 的焊 接设 备 ， 投资 较 大 ， 且 现场施 焊 困难 ， 以在应用 中存 在很 大 的局限性 。 所 钎 焊 是依靠 液 态 钎 料 填 充 固态 基 体 金 属 的间 隙 ， 并与 之形 成金 属 结 合 而连 接 金 属 的 一 种 方 法 ， 别 适 特 试 验钎 焊 温度 为 ４ ０～５０ｃ ， ８ ３ ＝ 焊后 无需 清 洗 。钎 【 焊接 头 的 抗 拉 强 度 测 试 采 用 万 能 拉 伸 试 验 机 ， 据 根

铜_铝钎焊用软钎料及其焊接性研究现状

铜_铝钎焊用软钎料及其焊接性研究现状

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

铜铝异种金属钎焊接头的电化学腐蚀性能研究

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Al-Cu-Si-Ni钎料钎焊5A06合金接头组织与性能

采用Al-Cu-Si-Ni钎料钎焊5A06合金接头组织与性能

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

Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能

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。

Cu_Al异种金属连接的研究现状

Cu_Al异种金属连接的研究现状
铜与铝 都 具 有 良 好 的 塑 性 是 采 用 压 焊 的 有 利 条 件 。铜铝异种金属接头大多采用摩擦焊 、闪光焊 、超声 波焊 、真空扩散焊等方法 [ 15 - 19 ] ,摩擦焊是焊接铜铝时 较常用的一种压焊方法 。摩擦焊是在材料的塑性变形 与流动的基础上 ,通过界面上的扩散与再结晶冶金反 应实现连接的固态焊接方法 ,异种材料熔点差异的影 响较小 ,因此可以用于焊接异种金属 。
山东大学李亚江课题组 [ 14 ] 主要对 Cu /A l异种金 属进行了真空钎焊工艺及接头组织性能研究 ,试验结 果表明 ,通过严格控制加热温度 、保温时间和真空度可 以获得界面结合紧密的 Cu /A l异种金属接头 ,接头界 面区主要由铜侧过渡区 、钎缝和铝侧过渡区组成 ,有少 量金属间化合物生成 ,这些金属间化合物对于接头的 性能有重要影响 。 1. 2 铜铝摩擦焊
Won2B ao Lee等人 [ 20 ]采用传统摩擦焊方法实现了 纯铜与 1050 铝合金的焊接 。并进一步分析了退火后 处理条件下 ,接头中铜铝金属间化合物的生长规律对 接头电阻率及力学性能的影响 。研究发现 ,金属间化 合物宽度为 21μm 时 ,其电阻率为 45μΩ ·cm ,当金属 间化合物的宽度增加至 107. 5 μm 时 ,电阻率变为 85 μΩ ·cm。抗拉强度因金属间化合物的增长而降低 ,断 裂位置也从 Al侧热影响区变为 整个金 属间化合 物层 。
南京航空航天大学薛松柏 [ 8 ] 采用火焰钎焊技术 , 实现了铜铝管的中温钎焊连接 ;采用改良的无腐蚀钎 剂和中温 钎 料 很 大 程 度 上 减 少 了 金 属 间 化 合 物 的 生 成 。苏文英等人 [ 9 ]对铜铝火焰钎焊材料进行了研究 。 但由于火焰钎焊使用钎剂 ,需焊后清理 ,且火焰钎焊操 作技术很难掌握 ,因此难以保证接头质量 。

5铝铜钎焊用Zn_Al钎料的研究

铝铜板搭接钎焊和强度试验： 将粉状钎料和 CsF-AlF3 钎剂粉按质量比 3:1 混合均匀， 置于铜 片上焊缝边缘处， 采用高频感应加热钎焊方法将 尺寸为 60 mm × 20 mm × 2 mm 的铜片和尺寸为 60 mm × 20 mm × 3 mm 的铝片焊接成搭接接头，搭接 宽度 20 mm，长度 8 mm，焊缝宽度 为 0.07 mm，焊 接加热时间为 35 s，焊后空冷。 用 JL SM5910 扫描 电镜和能谱分析仪对焊缝组织进行检测分析，用 GP-TS2000/100KW 拉伸机测试接头剪切强度。
表 1 钎料的成分(质量分数，%) Tab.1
钎料
1#
2#
3#
4#
5#
Al
5
10
15
20
25
Zn
95
90
85
80
75
1.2 实验方法 铺展性试验：在尺寸为 30 mm × 30 mm × 3 mm
的铜板和铝板上对钎料进行铺展性实验， 实验参 照 GB11364-89 进行；铺展面积用 OCJ-2A 求积仪 进行测算。
上半月出版
Casting·Forging·Welding 金属铸锻焊技术
铝铜钎焊用 Zn-Al 钎料的研究
刘正林 1,2，杨凯珍 2， 尹登峰 1 （1.中南大学 材料学院，湖南 长沙 410083；2.广州有色金属研究院，广东 广州 510650）
摘 要：研究了 Al 含量对铝铜异种金属钎焊用 Zn-Al 钎料的铺展性能和铝铜焊接接头强度的影响。 结果表
用各钎料焊接的铝铜板搭接接头的剪切强度 如图 3 所示。 可看出，Zn-Al 钎料中铝含量在 10% 左右（2# 钎料）时具有最好的焊接效果。 从图 1 焊 缝组织图来看，2# 钎料的焊缝组织更细，且不含大 块铝铜金属间化合物， 更重要的是在近铜侧形成 的 CuAl2 相 形 貌 为 细 小 的 笋 状 而 不 是 粗 大 的 块 状，这些因素提高了焊接接头的力学性能。对于铝 铜异种金属的钎焊接头，最脆弱的部分是在焊缝靠 近铜母材的界面上，采用 Zn-Al 钎料焊接时，很容 易在焊缝区靠近铜母材的 界面上形 成 CuAl2 相。 CuAl2 相是较脆的铝铜金属间化合物，当铝铜板搭 接 接 头 受 到 剪 切 作 用 时 ，断 裂 易 在 其 中 发 生 [10]， 这 时细小笋状的 CuAl2 相较粗大块状的 CuAl2 相有

纯铜真空钎焊接头的组织及力学性能研究

维普资讯
Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｖｏ１．３５ Ｎｏ．６ Ｄｅｃ．２００６ 文 章 缩 号 ：１００２－ ０ ２５Ｘ｛２００６）０６－００１７－０３
·试 验 与 研 究 · ｌ７
纯 铜 真 空 钎 焊 接 头 的 组 织 及 力 学 性 能 研 究
（６６０，６７０，６８０，６９０℃ ） 和 ３种 保 温 时 问 （５，ｌＯ， １５ ｍｉｎ） 下与 纯 铜 进 行 真 空钎 焊 试 验 ，借 助 【ｒｒＡ，ＸＲＤ，ＥＤＳ和 金 相 显徽 镜 探 讨 了
钎 焊接 头 的界 面 微 观 组 织 结 构及 断 口形 貌 ．并 通 过拉 伸 试验 评 价 了接 头强 度 。 研 究 结 果表 明 ：在 ６８０℃ ，１５ ｍｉｎ条 件 下 ，接 头抗 拉 强 度
张 静 ，俞 伟 元 ，路 文 江 ， 陈 学定
（１．河 西 学 院 职 业技 术学 院 ，甘 肃 张掖 ７３４０００；２．兰 州 理 工 大 学 材 料 科 学 与工 程学 院 ，甘 肃 兰州 ７３００５０）
摘 要 ：利 用 快 速 凝 固技 术 和 传 统 铸 造 技 术 分 别 制 备 出成 分 相 同 的Ｃｕ—Ｎｉ—Ｓｎ—Ｐ非 晶 薄 带 钎 料 和 普 通 钎 料 ，将 ２种 钎 料 在 ４种 钎 焊 温 度
最 高 ，非 晶钎 料 的 接 头 抗拉 强度 明 显优 于普 通 钎 料 ， 界 面反 应 层 由扩 散 区、 残 余 钎料 区组 成 。 随 着保 温 时 间 的延 长和 钎 焊 温 度 的 升 高 ，
扩散 深度 增 加 ． 冶金 作 用 增 强 ， 在 基体 深 度 方 向明 显 表 现 为 沿 晶界 优 先 渗 透 。
ｌ０ｒ３ Ｐａ，随 炉冷 却 。用 配 好 的５ｇ ＦｅＣ１３＋５ ｍＬ ＨＣ１＋９５ ｍＬ￣ｔｇ溶 液 对 抛 光 好 的接 头 进 行 腐 蚀 ，借 助ＳＥＭ和ＥＤＳ进 行 显 微 组 织 观 察分 析 。采 用 拉 伸试 验 法 进 行 接头 强 度 评 定日。

铜磷锡钎料钎焊黄铜接头组织及性能

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。

Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能

第 ４４卷
第 ９期
２０１６年 ９月 第 ３２— ３７页
材 料 工 程
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖｏ１．４４ ＮＯ．９ Ｓｅｐ． ２０１６ ＰＰ．３２— ３７
Ａｌ－Ｓｉ—Ｃｕ－Ｚｎ钎 料 钎 焊 ３００３铝 合 金 的 接 头 组 织 及 力 学 性 能
ｖａｌｕｅ ｏｆ ９２．３Ｍ Ｐａ，ｗｈｉｃｈ ｉＳ ａｂｏｕｔ ６２．７ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｍａｔｅｒｉａ１．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ；ｂｒａｚｉｎｇ；ａｌｕｍｉｎｕｍ ｂａｓｅｄ ｆｉｌｌｅｒ ｍｅｔａｌ；ｊ ｏｉｎｔ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｊｏｉｎｔ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｇｏｏｄ ｊｏｉｎｔｓ ａｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ａｔ ｂｒａｚｉｎｇ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ５４０—５８０℃ ｆｏｒ １０ｍｉｎ．Ｔｈｅ ｂｒａｚｅｄ ｊｏｉｎｔ ｃｏｎｓｉｓｔｓ ｏｆ（ｉｔ（Ａ１） ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｅ（Ａｌ２Ｃｕ） ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ，ｆｉｎｅ ｓｉｌｉｃｏｎ ｐｈａｓｅ ａｎｄ Ａ１ＣｕＦｅＭ ｎ＋ Ｓｉ ｐｈａｓｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｅｎｔｒａ１ ｚｏｎｅ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｓｅａｍ ，ａｎｄ ｏｃ（Ａ１） ｓｏｌｉｄ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｌｅｍｅｎｔ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒｓ ａｔ ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｓｉｄｅｓ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｓｅａｍ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｂａｓｅ ｍｅｔａ１．Ｔｈｅ ｒｏｏｍ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ＲＴ）ｓｈｅａｒ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｎｔ ｏｃｃｕｒｓ ａｔ ｔｈＡ１） ｉｎ ｔｈｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｙｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｅｎｔｅｒ ｚｏｎｅ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｓｅａｍ ，
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(a)
Cu
钎缝
（1）采用 Al-Si 系钎料进行了 Cu/Al 异种金属 的直接钎焊研究，在钎焊温度 610℃~625℃，保温 时间 2~3min，压力 0.4~0.8MPa 时可形成成型良好 的 Cu/Al 钎焊接头，扫描电镜分析发现，钎缝区存 在大量共晶组织 α(Al)-CuAl2 及弥散分布的针条状 析出组织。
比
(MPa)
(MPa)
(HB)
Al(1035)
660
2.71
946
226
71
0.33
140
100
32
Cu(C11000) 1083
8.9
385
390
108.5 0.35
215
-
35-45
合构件的广泛应用具有重要的实际意义。
水）对接头进行金相显蚀。采用金相显微镜及
JSM-6480 扫描电镜（SEM）对 Cu/Al 钎焊接头的显
7 H. T. Zhang, J. Cao, H. Lu. Interfacial Microstructure
copper-aluminium[J]. Materials Science and
and Phase Constitution of the Cu/Al Dissimilar Metals
本课题采用直接钎焊方法实现了用于电力接 头的铜铝板材可靠连接。并采用金相显微镜、扫描 电镜（SEM）、显微硬度计和能谱分析（EDS）等 手段对铜铝异种金属直接钎焊的界面反应以及钎 焊界面的组织性能进行了分析。本文对于解决铜铝 异种金属板材的大面积连接、推动铜铝异种材料复
1 实验材料及方法
试 验 采 用 材 料 为 工 业 纯 铝 1035 和 紫 铜 C11000。采用 Al-Si 系(AlSi12)钎料进行炉中钎焊。 母材的主要化学成分及热物理性能见表 1。钎焊试 板 的 尺 寸 分 别 为 纯 铝 50×50×3mm 和 紫 铜 50×50×2mm，焊前严格清除母材和钎料表面的氧化 膜和油污。将 Al-Si 钎料压制成厚度 1.0mm 的片状， 然后用不锈钢夹具按铜-钎料（钎剂）-铝片的次序 将待焊试件组装、夹紧，采用的钎剂为 HF-202，放 置在箱式电阻炉中进行钎焊。所采用的 Cu/Al 钎焊 工艺参数为：升温速度 14-16℃/min，钎焊温度 610 ℃~625℃，保温时间 2~3min，压力 0.4~0.8MPa， 随炉冷却至 100℃后出炉空冷。
-
0.05 0.03 0.6
0.05
-
0.05
-
- 0.35
Cu(C11000) - 99.0
-
0.005 -
-
-
-
0.002 -
0.005 0.06 -
热物理性能
熔点
密度 平均比热容 热导率 弹性模量 泊松 抗拉强度 屈服强度 布氏硬度
(°C)
(g·cm-3) (J·kg-1·K-1) (W·m-1·K-1) (GPa)
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较大，容易造成应力集中，降低接头的使用性能。 (a)
化合物的生长。
Al
钎缝
Cu
Cu
Cu
钎缝
（a）Cu 侧元素分布
(b)
3结论
图 5 铜铝钎焊界面裂纹
Al Si Cu
（b）钎缝区元素分布 图 3 Cu/Al 钎焊界面元素分布
关键词：Al/Cu 焊接；界面反应；显微组织；显微硬度
0 前言
铜铝异种金属的连接在航空航天、化工、电力、 制冷等领域具有广泛应用[1-3]。但铜铝异种金属熔 点、热膨胀系数等热物理性能差异较大，且铜、铝 易在高温下生成脆性金属间化合物（IMC），因此熔 焊方法很难实现铜铝的连接[4-6]。铜铝的连接目前采 用压力焊、钎焊等方法，直接钎焊方法具有成本低、 工艺简单的特点，可用于铜铝板材的大面积连接以 及具综合性能的铜铝复合板制备，因此解决铜铝异 种金属的直接钎焊问题具有广阔前景[1, 7-10]。
Joint Made by Contact Reactive Brazing[J]. Advanced Materials Research, 2010, 97-101: 3891-3894. 8 李亚江, 吴会强, 陈茂爱, 杨敏, 冯涛. Cu/Al 真空扩散 焊接头显微组织分析[J]. 中国有色金属学报, 2001,
基金项目:江苏高校优势学科建设工程资助项目；
微组织特征进行观察和分析，采用 MH-5 显微硬度 计测量 Cu/Al 钎焊界面区的显微硬度，通过 INCA
江苏科技大学博士启动基金（35061006）
能谱仪（EDS）分析钎焊界面区的元素分布。
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（b）针条状析出组织
图 2 Cu/Al 钎焊接头钎缝区组织
为分析钎缝中心区的元素分布形态，对钎缝中 心区进行了元素线扫描测试，如图 3(b)所示，Cu-Al 界面生成的 IMC 相在钎缝区弥散分布，未聚集成片 状，不会显著降低钎缝区的力学性能，原 Al-Si 钎 料中的 Si 元素在钎缝中存在局部偏析现象，存在极 少量的初晶 Si。 2.3 显微硬度
(b) 过渡层
Cu
钎缝
过渡层
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图 4 Cu/Al 钎焊界面附近的显微硬度
金属间化合物相也是微观裂纹的萌生及扩展通道，
5 张满, 薛松柏, 姬峰, 娄银斌, 王水庆. CuAl2 相对铜
导致接头的强韧性下降，可以通过调整加热温度、
Cu/Al 直接钎焊接头组织性能研究
夏春智 1, 梁秋会 1，李亚江 2 (1. 江苏科技大学 先进焊接技术省级重点实验室，镇江 212003; 2. 山东大学 材料液固结构演变与加工教
育部实验室，济南 250061)
摘要：采用 Al-Si 钎料对 Cu/Al 异种金属进行了直接钎焊研究，采用金相显微镜、扫描电镜（SEM）及 INCA 能谱仪、显 微硬度等测试方法对钎焊界面区的微观组织及性能进行了分析。试验结果表明：在钎焊温度 610℃~625℃，保温时间 2~3min，
用电火花切割方法切取并制备 Cu/Al 异种金属 钎焊接头试样，采用 NaOH 水溶液（10gNaOH+60ml
表 1 实验母材 Al(1035)和紫铜(C11000)的化学成分及热物理性能
材料
Al Cu Zn
化学成分 /wt.%
Pb Mg Ti Fe
V
Bi
Mn
S
O
Si
Al(1035) 99.35 0.10 0.10

（a）共晶组织
(b)
针条状析出相
Cu
钎缝
Al
过渡层
图 1 Cu/Al 钎焊接头金相组织
采用扫描电镜（SEM）对 Cu/Al 钎焊接头钎缝 区的显微组织进行观察，如图 2 所示。钎缝区组织 均匀，有大量共晶组织及针条状析出组织，元素分 析发现，钎缝区的共晶组织主要为 α(Al)-CuAl2 共 晶相，钎缝中的针条状析出组织主要为 AlCuSi 相， 分布于 Cu 母材侧的钎缝区，未观察到针条状析出 组织聚集现象，对钎缝区性能影响较小。 2.2 界面元素分布
2.4 微观裂纹起源与扩展 Cu/Al 钎焊界面区形成脆性金属间化合物组
织，易引起应力集中，导致微观裂纹，是 Cu/Al 钎 焊接头破坏的主要形式之一[6]。图 5 所示为铜铝界 面微裂纹的产生及扩展过程，微观裂纹产生于含铜 量高的 CuAl2 金属间化合物层，沿 IMC 相界面扩展， Cu/Al 钎焊界面的金属间化合物层贯穿整个 Cu/Al 接头界面，这种微观裂纹危害很大，容易造成整个 连接界面的破坏失效，应通过控制钎焊温度、保温 时间、外部压力等措施抑制 Cu/Al 钎焊界面金属间
Engineering A, 2004, 374(1-2): 224-233.
2
C. Berlanga-Labari, A. Albístur-Goñi, P.
Balerdi-Azpilicueta, M. Gutiérrez-Peinado, J.
Fernández-Carrasquilla. Study and Selection of the
采用 INCA 能谱仪对 Cu/Al 钎焊界面的元素分 布进行了分析，Cu 侧元素分布如图 3(a)所示，Cu 母材侧出现了宽约 10μm 的过渡层，过渡层内含有 大量的 Cu、Al 元素，形成 Cu-Al 的金属间化合物 （IMC）相，IMC 层厚度与接头性能密切相关，IMC 厚度越小，接头性能越好。界面区 A 点的元素分析 结果表明，A 点成分为 at%，Al：64.71%，Cu：35.29%， 为 CuAl2 相。从靠近 Cu 母材侧钎缝区域可以发现， 有大量 Cu 元素过渡到钎缝中，并与钎料中的 α(Al)
Cu/Al 钎焊界面附近的显微硬度测试结果如图 4 所示，采用的测试设备为 MH-5 型显微硬度计， 加载载荷为 25gf，加载时间为 10s。图 4(b)所示为 采用不同外部压力时的显微硬度测试结果。
Cu 母材的显微硬度为 55～63MPa，钎缝区由 于生成了脆硬组织，显微硬度变化较大，外部压力 为 0.4MPa 时，钎缝区显微硬度为 200～300MPa； 而外部压力为 0.8MPa 时，钎缝区显微硬度明显升 高，部分区域高于 800MPa，表明有大量脆硬金属 间化合物（IMC）组织生成。钎焊时对钎焊样品施 加一定压力，有利于钎料充分铺展及杂质排出钎 缝，形成无空洞、气孔等微观缺陷的钎焊接头。但 外部压力较大时，Cu 母材与熔化的 Al-Si 钎料接触 更紧密，钎焊冶金反应充分，钎缝区形成的 IMC 相 增多。由于 IMC 相与母材及钎缝的热物理性能差别