混合钎料对镍基单晶高温合金大间隙钎焊接头组织和性能的影响

【目的】采用一种新型镍基钎料和母材成分一致的高熔点合金粉混合的方法制备出混合钎料,研究了添加的高熔点合金粉的粒径和配比对钎缝微观组织和力学性能的影响。【方法】采用扫描电子显微镜对钎焊接头的析出相、元素分布、微观组织进行了分析,并对钎焊接头的硬度及持久性能进行了测试。【结果】研究表明,接头主要由钎料合金区(FAZ)、界面连接区(IBZ)和扩散影响区(DAZ)三部分组成。钎料合金区主要由M3B2和M8B型硼化物及γ/γ′相组成。界面连接区由γ和γ′沉淀强化相组成。当合金粉粒径为44μm和75μm时,均可得到无缺陷的焊接接头;但当合金粉粒径尺寸达177μm时,钎缝内会形成孔洞缺陷。【结论】随着合金粉比例的提高,接头连接区的显微硬度有所上升。当合金配比由30%到50%,接头的持久寿命由15 h增加至34 h;但进一步提升比例至60%时,接头的持久寿命下降至0.6 h。该文的结果可为实现高温热端零部件的连接和修复工程应用提供理论依据和参考价值。

熔炼气雾化制备钴基粉末钎料在GH4169合金钎焊中应用

采用真空感应熔炼结合气雾化的方法制备了钴基Co-Cr-Ni-Si-W合金粉末,该合金粉末球具有高形度高和良好的分散性,杂质元素含量低、熔化温度范围为1073℃~1113℃。将合金粉末与粘结剂混合制成CoCrNiSiW膏状钎料,并在GH4169高温合金上进行钎焊试验,研究了钎料在母材上的润湿性能,对比了不同粒度合金粉末的钎焊性能。结果表明,在钎焊温度1180℃、保温时间10 min条件下,CoCrNiSiW合金钎料可以在GH4169合金母材表面表现出良好的润温性。使用小于325目粉末钎焊的合金接头组织更均匀、气孔缺陷相对较少,因此接头强度更高,接头的抗剪强度为127 MPa,抗拉强度为369 MPa。

高强Cu/Al接头用的Zn基钎料及Cu表面镀层研究

铜铝接头被广泛应用于电力电子等行业。在长期运行过程中,铜铝接头易出现脆性断裂问题,严重影响其安全服役。进行了锌基钎料的成分设计,分析了钎料的各项性能,得到优化的钎料成分。对铜板表面进行化学镀镍磷层改性,采用感应钎焊和优化的钎料进行了铜铝搭接钎焊试验。结果表明:在锌基钎料中提高Al含量,添加一定量Cu、Ag、稀土元素,可以提升钎料的润湿性能、强度和耐腐蚀性能。镍磷镀层显著提升了锌基钎料在铜板的润湿性能,改变了铜铝接头的界面反应,显著细化了焊缝晶粒。采用优化的锌基钎料和化学镀镍磷层工艺得到的铜铝接头的力学性能得到显著提升,剪切强度达37 MPa,疲劳寿命达85000次。

超声波辅助制备铝基钎料及其性能分析与评价

钎焊用铝基钎料熔点高,钎焊时易使母材过烧,因此,降低铝基钎料的熔点具有重要的意义。超声波的“声空化作用”和“声流化作用”可细化晶粒,使共晶组织和第二相分布均匀。Ga, In, Sn元素既具有液相通道效应,又能够降低钎料的熔点、提高钎料扩散速度、提高钎焊接头的力学性能。超声波辅助熔炼的铝基钎料凝固后α(Al)平均晶粒从20μm下降至10μm,是未经超声处理钎料尺寸的50%左右,硬度提高了5.7%。经过超声处理的Al-30%Cu钎料结晶温度区间从22.6℃下降至18.77℃。随着Ga, In, Sn含量的增加,钎料固相线温度变化不大,液相线温度明显降低,熔化区间减小。

基于Fe-Cr-Ni基钎料的SUS444/SUS304接头钎焊工艺及组织与性能

采用新型Fe-Cr-Ni基钎焊材料对SUS444/SUS304异种不锈钢进行真空钎焊,研究了搭接接头的扩散连接机制,探究了钎焊温度、搭接间隙参数对显微组织和室温抗剪强度的影响规律,最后分析了T形接头在酸性介质中不同时间的浸泡腐蚀行为。结果表明,在钎焊过程中,钎料在SUS444母材侧扩散作用较为明显,存在较宽的元素扩散区,钎缝主要由两侧界面区先凝固Fe(Cr,Ni,Si)固溶体、钎缝中心区(Fe,Cr,Ni)_(3)P金属间化合物及Fe(Cr,Ni,Si)固溶体形成的类似共晶组织构成;钎料对钎焊温度较为敏感,温度过高,易产生虚焊孔穴,导致抗剪强度下降明显;钎料对搭接间隙敏感性较小,可满足大间隙钎焊要求。在钎焊温度1125℃、搭接间隙35μm条件下,抗剪强度最大达到177.3 MPa。T形接头腐蚀优先发生在钎角共晶组织中的Fe(Cr,Ni,Si)固溶体,浸泡腐蚀288 h后,溶液侵蚀至钎角界面区,并蚀穿先凝固固溶体,对母材进行电偶腐蚀。

Cu/CuCrZr钎焊用Cu-Mn基多元固溶体钎料和接头结构

为了解决CFC与Cu Cr Zr合金的冶金连接问题,以二元合金Cu_(62)Mn_(38)(at.%)为基础成分,采用低熔点Ga作为主要合金化元素和微合金化元素Cr和Si,设计了系列固溶体钎料合金Cu_(62)Mn_(37-x)Ga_(x)Cr_(0.5)Si_(0.5)(x=0~10,at.%)。利用电弧熔炼、铜模吸铸和冷轧制备了100μm厚的钎料箔带。采用Cu_(62)Mn_(31)Ga_(6)Cr_(0.5)Si_(0.5)钎料在不同工艺条件下(875~900℃,保温15~25min)制备了无氧铜和Cu Cr Zr合金钎焊接头。通过热分析和X-射线衍射分析了钎料熔化行为和相组成;采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和力学性能拉伸机对接头的组织形貌、成分分布和力学性能进行了分析。结果表明,在880℃/保温25min钎焊工艺下可获得无缺陷CFC/Cu Cr Zr接头结构,焊缝的Cu固溶体基体内有少量不连续分布的粒状纳米Cr_(3)Si析出相;在室温抗拉试验中,此接头的抗拉强度为215MPa,断后延伸率40%,断裂模式为韧性断裂。该钎料和焊接工艺已应用于HL-2M偏滤器制造中碳纤维复合材料和Cu Cr Zr合金的连接加工。

钨/低活化钢钎焊用铁基非晶钎料与接头微结构

为了连接W和CLF-1 RAFM钢,设计出由低活化元素组成的Fe-B-Si、Fe-B-Si-Sn、Fe-B-Si-Cr-(Sn)、Fe-B-Si-P-(Cr,Sn)、Fe-B-Si-Mn-(Ga,Sn)和Fe-B-Si-(Cr,Mn,Ga,Ta,Sn)系列Fe基非晶钎料,结合熔体快淬技术制备出非晶合金箔带,并对W/CLF-1 RAFM钢接头微结构进行了对比研究。采用X-射线衍射仪对箔带样品与焊缝进行了相鉴定;通过差热分析测量了非晶箔带的熔化温度和液相线温度;利用光学金相和电子探针分析了焊缝组织形貌和元素分布。结果表明,利用Fe-B-Si、Fe-B-Si-Cr和Fe-B-Si-Mn-Sn非晶钎料可获得结构完整的W/CLF-1钢接头;前两种钎料得到的焊缝组织基体相为α-Fe固溶体,而含Mn钎料形成的焊缝基体为马氏体组织;在高温钎焊过程中,这些Fe基非晶钎料中的高B含量促使FeWB、FeW2B2和Fe3B型金属间化合物在焊缝中形成,并有效地阻止了W元素向低活化钢基体长程扩散。所设计的低活化Fe基非晶钎料可用于W和低活化钢的连接和接头性能研究。

航空航天领域常用高温钎料研究现状

近年来随着航空航天工业的发展,各类飞行器核心功能部件面临着使役环境愈发极端化的问题。超高速、高温等服役环境对各类零部件的整体性能提出了更高的要求,因此针对航空航天领域用高温钎料的研究尤为重要。在航空航天领域常用的高温钎料包括镍基钎料、钴基钎料、钛基钎料、锰基钎料、贵金属钎料和高熵钎料等,通常应用于不锈钢、高温合金、钛合金以及新型陶瓷材料等的钎焊连接。主要针对在航空航天领域中常用的几种高温钎料,对钎料的元素组成和特性进行总结,对钎料的成形特点和工艺进行介绍,对研究和应用现状进行分析,并对航空航天领域的钎料与钎焊技术提出建议与展望,以期为提升钎焊技术在航空航天领域的应用价值提供参考和指导。

Ni基高温钎料连接SiC陶瓷的微观结构和力学性能

采用低成本的Ni基高温钎料对SiC陶瓷进行了钎焊连接,通过扫描电镜、能谱分析、透射电镜等测试手段分析了接头的微观结构和物相组成,系统研究了不同钎焊温度和保温时间对SiC/SiC接头力学性能及微观结构的影响规律,分析了不同钎焊工艺参数下制备的SiC/SiC接头断口形貌,阐明了接头宏观力学性能与微观结构之间的对应关系。最后,评价了SiC/SiC接头的高温力学性能。结果表明,SiC/SiC接头由反应区、中心区和基体区3个区域组成,其中反应区主由Ni_(2)Si和不同数量的石墨组成;而中心区主要由复杂碳化物Ni_(3)Mo_(3)C和Ni_(2)Si组成。提高钎焊温度和延长保温时间石墨能够使SiC/SiC接头的反应区厚度增加,生成石墨相的数量也逐渐增多并发生团簇聚集的现象,显著影响了接头的抗弯强度。在1 300℃,40 min条件下,反应区的厚度和石墨的形成量是适宜的,SiC/SiC接头的室温四点抗弯强度最大,达到179 MPa±7 MPa。同时,该接头还具有良好的高温稳定性,在700℃高温下仍能有97.2%的强度保持率,在高温环境中具有可观的应用前景。

Al-Si-Cu基钎料钎焊6063铝合金钎焊接头的显微组织及剪切性能

配合AlF3-CsF-KF系钎剂,用研制的Al-Si-Cu基低熔点钎料560℃温度下炉中钎焊了6063铝合金厚板.利用扫描电镜、透射电镜及能谱分析等手段对钎焊接头的微观组织进行了观察和分析.借助力学实验仪对厚板钎焊接头的剪切强度进行了测定.结果表明,钎焊接头显微组织由α(Al)-CuAl2共晶及Si相组成.由于钎料中加入的Ni、RE等元素,CuAl2相为均匀分布的枝状晶,Si相经变质处理成球状,细小分散,镶嵌在CuAl2枝晶中.通过透射电镜观察发现,钎缝组织中有一定量的弥散相,存在亚稳定针状θ″.剪切强度试验结果表明,使用Al-Si-Cu基钎料6063铝合金接头的抗剪切强度平均达到62.5 MPa,比使用HL401钎料钎焊接头的抗剪切强度平均高14.5%.

快速凝固Al-Si-Cu基钎料的性能

利用单辊急冷设备,制得了厚度为70～100μm的三种Al-Si-Cu薄带钎料。根据DTA测定结果,该快冷钎料液相线降低3～5℃。快冷钎料与普通钎料的润湿性和接头抗拉强度测定结果表明,快冷钎料润湿系数提高20%,抗拉强度提高30%。分析钎料和钎焊接头的微观组织可以发现,快冷钎料晶粒尺寸在0.6μm以下,元素分布均匀,在钎焊过程中与母材扩散性能好,有利于提高润湿性和接头抗拉强度。采用快速凝固制备薄带钎料,不仅工艺简单,且可获得性能更优良的钎料,并可用于开发新颖钎料。

快速凝固A1─Si基钎料性能的研究

利用单辊急冷设备和自制的双辊急冷设备，制得厚度为２６～３７μｍ和０．１～０．２５ｍｍ的Ａ１─Ｓｉ基钎料薄带。在ＤｕＤｏｎｔ１０９０设备上，用ＤＳＣ测定了钎料的熔化特性，结果表明快凝态钎料液相点降低３～５℃，结晶温度区间缩小２０℃左右，与普晶态钎料相比，快凝态钎料的润湿系数提高１８％，强度提高２８．４％，薄带钎料具有一定的柔性，便于某些场合使用，分析了钎料和钎缝的金相显微组织，测定了钎焊接义的抗拉强度。结果表明，当钎料成分相同时，快凝态钎料熔化温度低、强度高、组织细弥、润湿性好、接头强度波动小，是一种性能更优良的新颖钎料。

铝基钎料真空钎焊接头的腐蚀性

采用NaCl的质量分数为 3.5 %的溶液对四种Al-Si-Cu钎料的真空钎焊接头进行全浸试验 ,对腐蚀后的钎焊接头进行观察 ,分析接头的腐蚀类型 ,研究接头的腐蚀机理 ,对Cu的晶界偏析及扩散进行了讨论。结果表明 ,铝基钎料真空钎焊后的接头仍然存在腐蚀问题 ,腐蚀产物为AlCl3 、Al(OH) 3 、Al(OH) 2 Cl,腐蚀类型有点蚀和晶间腐蚀 ;并且随着Cu含量的增加腐蚀加重 ,Cu的偏析与扩散对接头腐蚀行为产生重要的影响 ,在晶界形成Al2 Cu ,使晶界周围形成贫Cu区 ,与晶粒内部处于钝态的αAl存在较大电位差 ,构成局部腐蚀电池 ,形成晶间腐蚀。

基于镍基微晶钎料的钨/钢真空焊接接头的组织及性能

采用镍基微晶箔带作为钎料,在1150℃、30 min的工艺条件下研究直接钎焊和添加Ni-Cu合金中间层两种工艺焊接钨和钢的特性。采用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和纳米压痕分别对接头的显微组织、元素分布及显微硬度进行分析,测试接头的拉伸强度并分析断口形貌和物相组成。结果表明:添加Ni-Cu合金中间层的钎焊接头的拉伸强度(300 MPa)远高于直接钎焊的焊接接头的拉伸强度。两种钎焊接头的断裂均发生在残余应力集中的靠近钨/钎料界面的钨基体内,为典型的脆性断裂方式。接头界面硬度分析表明,固溶强化效应及脆性化合物的生成,使靠近钨侧的钨/钎料扩散区域的显微硬度得到显著增加。

镍基钎料钎焊不锈钢的钎缝组织及工艺的研究

研究了常用镍基钎料BNi-2钎焊1Cr18Ni9Ti不锈钢的钎缝组织特征和相组成以及采用扩散热处理和加压钎焊工艺对钎缝组织的影响,钎缝宽度对接头性能的影响。研究结果表明,采用合适的扩散热处理和加压钎焊工艺可以有效的消除钎缝组织中的脆性化合物相,合适的钎缝宽度可以提高钎焊接头的物理性能。

高频燃烧-红外吸收法测定钴基钎料中碳和硫

将坩埚于1100℃马弗炉中灼烧4h后自然冷却，置于干燥器中1d内使用，且使用前在电炉上烘烤30rain，然后称取O．5g试样、O．3g纯铁和1．Og钨锡粒加入到经过处理的坩埚中，以钢铁碳硫标样建立单点校准曲线，建立了高频燃烧红外吸收法测定钴基钎料中碳和硫的方法。优化后仪器参数如下：高频功率为90％，吹扫和延迟时间均为10S，炉头刷工作频率为5次。碳和硫的方法检测下限分别为O．00O64％和O．0O040％。采用方法对C050NiCrWB、C045NiCrWB两种钴基钎料样品中碳和硫分别进行测定，测得结果的相对标准偏差（RSD）分别为3．O％～5．1％和4．2％～9．O％，在C050NiCrWB、C045NiCrWB样品中加入Lec05015011#钢铁碳硫标样，在C050NiCrWB样品中加入LECO5015012#钢铁碳硫标样分别进行加标回收试验，回收率在91％～112％之间。

Cu-P基非晶态钎料基础性研究

研究了四元Cu87.6-x Ni8.3 Sn4.1Px钎料的非晶形成区,发现当x=11.9～16.5at%时,为非晶态合金。该非晶形成区比我们关于三元Cu90-x Nil0 Px钎料的研究结果要宽一些。还测定了四元CuNiSnP非晶态钎料的熔点、润湿性、钎焊接头机械强度、电阻以及显微组织随P含量的变化关系,发现随着P含量增加润湿性增加。而机械强度降低,讨论了其原因。综合所测定的性能指出,四元CuNiSnP非晶态钎料代替Ag-Cu基钎料的可行性。

Cu-P基非晶钎料钎焊机理

采用CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2Zr0.04晶态与非晶钎料钎焊紫铜,通过微观手段对比分析了钎焊温度和保温时间对晶态与非晶态钎料钎焊接头成分和组织的影响.结果表明,CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2Zr0.04非晶钎料钎焊接头由界面区、扩散区以及钎缝中心区组成;随钎焊温度提高或保温时间增加,晶态钎料和非晶钎料钎焊接头界面区和扩散区不断增大,母材热影响区和钎缝中心组织也不断粗化,过高的钎焊温度或过长的保温时间,均会使界面区出现脆性相,但非晶钎料这种影响要小得多;在相同条件下,非晶钎料和母材的相互作用明显比相应的晶态钎料剧烈,其钎缝界面区较为均匀、连续,钎缝中心组织要明显均匀、细小.

快速凝固Al-Cu-Si薄带钎料的制备及其性能

利用快速凝固技术制备了 3种低熔点Al Cu Si系带状钎料 ,并对其性能进行了分析 .结果表明 ,利用快速凝固技术可以制备低熔点Al Cu Si系带状钎料 ,Al30Cu9Si和Al2 0Cu10Si钎料都可以在温度低于 5 2 0℃以下焊接 ;退火后金属薄带能对折 180°而不折断 ,可以满足使用要求 ;快冷钎料比传统钎料有更好的流动性 .θ′相的析出是造成快冷钎料显微硬度增加的主要原因 ,快冷薄带经过退火处理后 ,θ′相转变成稳定的与基体非共格的θ相 ,可显著提高快冷薄带的塑性 .

采用Au基钎料真空钎焊Al_2O_3陶瓷

首先选用AgCuTi活性钎料在880℃/10 min参数下对Al_2O_3陶瓷表面进行金属化处理,之后尽量去除金属化层中的Ag Cu共晶组织,然后选用两种Au基高温钎料在980℃/10 min参数下对金属化后的Al_2O_3进行了钎焊连接.结果表明,在Al_2O_3/Au-Ni/Al_2O_3接头中靠近Al_2O_3母材的界面处生成一层薄薄的扩散反应层,该反应层主要由TiO_2和Al_2O_3组成;在Al_2O_3/Au-Cu/Al_2O_3接头中同样存在扩散反应层,与前者不同的是,接头中检测到Ti-Au相的存在.分别对Au-Ni和Au-Cu两种钎料获得的Al_2O_3接头进行了抗剪强度测试,前者对应接头强度为95.5MPa,后者对应接头强度达到102.3 MPa.