Ni-Cu低温TLP扩散连接接头组织及性能

采用厚度40μm的纯锡钎料中间层在镍和铜基板间实现了低温瞬态液相扩散连接(transient liquid phase bonding,TLP Bonding),通过延长等温反应时间,获得了完全由(Cu,Ni)6Sn5和Cu3Sn两种金属间化合物相(intermetallic compounds,IMCs)组成的焊接接头.在Ni-Cu TLP扩散连接液-固反应过程中,Sn/Ni和Sn/Cu界面处均形成了(Cu,Ni)6Sn5,但晶粒形貌存在差异,从镍侧到铜侧化合物形貌依次是小颗粒状、针状和扇贝状.此外,Cu3Sn的生长受到了抑制.该IMCs接头具有418.4℃的重熔温度和49.8 MPa的平均抗剪强度,能够满足高温功率器件封装中对耐高温互连的需求,并且有助于提高电子器件在恶劣条件下服役时的可靠性.

锁具部件异种材料焊接工艺研究

主要讨论了通过异种钢焊接技术完成的一种锁具部件,锁具的母材为水韧处理后的高锰铸钢和调质处理后的承压铸钢,其中高锰铸钢的组织为奥氏体,承压铸钢的组织为索氏体。两种母材的化学成分、线膨胀系数和热导率等金属特性相差甚远,焊接难度较大。通过讨论锁具部件两种母材的焊接工艺技术,分析了高锰铸钢和承压铸钢的异种材料焊接方法的选用、焊接工艺的优化、焊接质量的检测等。概括总结了高锰铸钢和承压铸钢的异种材料焊接可借鉴的一般工艺技术。

SA508-3/690异种金属焊接接头显微组织及裂纹形成机理

镍基焊材52M因具有优异的抗晶间腐蚀性和耐蚀性,被广泛应用在核电站关键部位的焊接。通过焊条电弧焊用焊材52M焊接低合金钢SA508Gr.3Cl.2和镍基Inconel690合金。结合光学显微镜和扫描电子显微镜分析熔合边界附近的微观组织、成分分布及析出相,探究其对熔敷金属内裂纹形成及硬度变化的影响。结果表明:隔离层熔合边界附近形成Ⅰ型边界、Ⅱ型边界、半岛状组织及岛状组织;S、Nb、Mo元素在局部晶界偏析发生共晶反应引起液化,进而导致在熔敷金属中形成少量结晶裂纹;由于Nb、Mo、Cr等元素的固溶强化作用,熔敷金属的显微硬度略高于两侧母材。

基于不同焊材的超高强钢与BS700高强钢焊接接头裂纹的试验研究

采用熔化极活性气体保护焊对抗拉强度大于1600 MPa的超高强钢与抗拉强度大于760 MPa的BS700高强钢进行焊接时,组合接头焊缝易出现焊接裂纹,为解决该问题,使用直径1.0 mm的ER70-G焊材或ER307Mo焊材,在打底焊接电流160~180 A、电压21~24 V,盖面焊接电流190~210 A、电压23~26 V条件下开展了焊接对比试验。工艺性和焊接性试验结果表明,使用ER307Mo焊材焊接的试样弯曲性能明显优于使用ER70-G焊材焊接的试样;使用ER70-G焊材焊接的试样焊缝存在未贯穿的微裂纹,焊缝断面裂纹率达到35.29%;使用ER307Mo焊材焊接的试样焊缝断面未发现裂纹。ER307Mo焊材更适合超高强钢与BS700高强钢的焊接。试验解决了超高强钢与BS700高强钢组合接头的开裂问题,为抗拉强度相差较大的异种高强钢的焊接提供了解决方案。

铝钛异质材料超声波焊接研究

进行6061铝合金和Ti-6Al-4V钛合金异种金属材料超声波焊接研究,采用EDS和金相显微镜分析接头的微观组织结构,利用撕裂实验及硬度测试来评定接头的力学性能。研究表明,6061铝合金和Ti-6Al-4V钛合金具有良好的超声波焊接性能,焊接接头的强度满足使用性能,且得到最佳超声波焊接时间为170 ms,焊接压力为0.4 MPa。

冷金属过渡技术的研究现状与展望

介绍了CMT技术原理及其国内外发展现状,并对CMT工艺进行了展望。

异种金属磁脉冲连接技术的研究与应用

磁脉冲连接是基于磁脉冲成形技术发展起来的一种固态连接技术,可实现难以获得熔化焊接头的异种金属材料的冶金连接。本文从磁脉冲连接技术的原理和特点出发,重点综述了异种金属材料磁脉冲连接接头强度及微观组织、工艺应用及设备的国内外现状,阐明了深入开展磁脉冲连接技术研究的重要意义。

电子封装异质材料连接研究进展

随着摩尔定律趋于失效,3D封装和大功率器件的普及,具有较强散热能力的陶瓷基板、硅基板必将加速推广,由此引发更多的异质材料互连问题。综述了电子封装领域常用金属与金属,陶瓷与金属等异材互连研究进展,指出实现免热沉陶瓷与金属直接低温封接迫在眉睫,焊料添加更多的贵金属及稀有活性金属、焊料尺寸从传统块状或大尺寸颗粒向具有较强活性的纳米线或纳米颗粒转变,封装技术从传统的回流焊、压焊向飞秒激光、激光局部加热等大功率密度、局部热源及复合热源方向转变,封装可靠性从传统的热老化、热循环、热冲击向极端温度、极端温度梯度、快速温度转换和多场协同作用下的可靠性方向转变。

铝基复合材料/低碳钢异种材料过渡液相扩散焊

用市售厚约50μm的纯铜箔作中间层在590℃分别保温30 min及2h进行了铝基复合材料/低碳钢异种金属过渡液相扩散焊试验。结果表明,薄弱界面并非钢/中间层界面,而在于Al MMC/残留中间层一侧界面;液相优先溶解铝基复合材料的棱边而形成明显的环状缺口将导致应力集中;被挤出的多余液相全部流布于铝基复合材料的外表面,而未曾流向钢一侧。断口分析表明,接头沿残留中间层内部(压力较低时)及AlMMC的表层区断裂(压力较高时);Fe向残留中间层内发生了过渡的溶解,足以形成金属间化合物,由此导致接头强度均很低。

搅拌摩擦焊接中材料变形及残余应力分析

采用数值模拟手段,分析了在搅拌摩擦焊接过程中不同材料的变形情况及其残余应力的分布,研究了材料变形与残余应力之间的关系,并建立了异种金属搅拌摩擦焊接的模型。研究结果表明,搅拌摩擦焊接过程中材料的流动主要集中在焊接构件的后退侧,且在搅拌摩擦焊接过程中铝合金较钢表现出更好的流动性能。残余应力分布呈现典型的双峰特征,残余应力的最大值发生在热影响区的边界。拉伸残余应力较大的区域与等效塑性应变较大的区域具有较好的对应关系。异种金属焊接会增大焊接构件搅拌区内较软材料一侧的残余应力。

基于BNi76CrP粉末钎料的1Cr18Ni9Ti与T2异种材料真空钎焊工艺研究

采用BNi76CrP粉末钎料开展了1Cr18Ni9Ti与T2异种材料的真空钎焊工艺试验,研究了不同钎焊温度下BNi76CrP粉末钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢和T2紫铜的润湿性能和钎焊性能。结果表明:在960~980℃范围内BNi76CrP粉末钎料对1Cr18Ni9Ti不锈钢与T2紫铜具有良好的润湿性能,且随钎焊温度的升高润湿性呈逐渐增强趋势。在钎焊温度960~980℃下保温5 min时,得到良好的1Cr18Ni9Ti不锈钢与T2紫铜钎焊接头组织,接头具有良好的耐压性能和气密性能,未见裂纹、气孔等缺陷。

异种材料超声波钎焊连接的研究现状

将国内外近20年有关异种材料超声波钎焊连接的研究报道给予归纳、总结,介绍了超声波钎焊技术的原理,详细综述了国内外超声波钎焊铝铜、铝钛、铝不锈钢、铝玻璃、铜陶瓷、镍钛等异种材料连接的最新研究概况,并对超声波激光钎焊或熔焊、超声波-电阻焊、超声波塞焊等交叉应用领域的研究进行概述,最后展望了异种材料超声波钎焊技术未来研究的重点和方向。

金属/CFRP异种材料连接技术的研究进展及界面结合机理分析

碳纤维复合材料(CFRP)具有质轻高强、高模量和低膨胀优势,在“陆海空天”等领域应用潜力和需求极大.其中热塑性碳纤维复合材料(CFRTP)近年来快速发展,CFRP和CFRTP与金属结构件的连接技术受到国内外学者和工业界的广泛关注.文中综述了金属材料与CFRP连接的主要技术及界面的结合机理;对比分析了不同连接工艺的成形原理,总结了金属与CFRP连接界面的不同作用效果;结合发展现状及未来工程应用需求,对金属/CFRP高质量连接技术瓶颈的突破方向进行了展望.创新点:(1)综述分析了不同连接技术对金属/CFRP结合强度的影响.(2)在不同连接技术基础上系统归纳了金属/CFRP界面的结合机理.(3)展望了金属/CFRP高质量连接技术在工程应用上的突破方向.

压力容器异种钢接头焊接工艺研究

压力容器厚壁异种钢焊接,由于接头两侧母材化学成分、力学性能等均存在较大的差异,制订合理科学的焊接及热处理工艺,对保证接头性能和质量至关重要。针对低合金钢(13MnNiMoR、14Cr1MoR)与奥氏体不锈钢S30408材料的焊接性进行分析,采用镍基焊材在低合金钢侧进行预堆过渡层方法及合理的热处理工艺,实现低合金钢与奥氏体不锈钢的对接,保证异种钢焊接接头性能满足标准及产品使用要求。

异种金属材料物理性质对焊接的影响分析

异种金属材料焊接指的是不同金属材质的或两种或者两种以上的金属材料焊接,或者同种金属不同材质的焊接,因其物理性质差异为焊接带来了困难。本文以异种金属材料的焊接为研究对象,从金属材料的熔点、比热容、导热率、线性膨胀系数、磁性和相溶性几个方面分析了其对焊接的影响,并简要的阐述了提高焊接质量的处理方法,本文的研究成果对加强异种金属材料焊接影响研究提供帮助。

植介入用精细金属丝材及其异质材料焊接技术研究进展

随着生物医疗技术的不断进步以及微创手术的快速发展,植介入医疗器件对精细金属材料的需求量不断增加。医用导丝、心脏起搏器导线、功能性电刺激装置、牙矫正器、耳蜗植入装置等医疗器件,根据其植入尺寸及功能作用,都要求采用直径50~500 μm不等的精细丝材进行加工。传统医用金属丝材如316不锈钢、NiTi形状记忆合金、TC4等均含有Cr、Ni等毒性元素。这些医用金属丝材植入人体后,总会产生腐蚀与磨损,造成毒性元素的析出,极易引起炎症反应,对人体健康造成较大的危害。因此,近年来研究人员从选择合适的替代元素和优化制备工艺方面不断尝试改善医用金属丝材的性能,并取得了丰硕的成果,在保持高强低模的同时消除了毒性元素带来的危害。此后,出现了一批新型医用金属丝材,包括:Fe-17Cr-14Mn-2Mo-(0.45~0.7)N医用奥氏体不锈钢、Ti-22Nb-Fe合金、新型β钛合金等。尺寸的细小化对医疗装置中常用的异种材料的焊接技术提出了更高的要求。异种材料焊接的难点在于异种丝材化学成分的差异使得焊接过程易形成脆性化合物,从而恶化接头性能、降低焊接可靠性。近几年,研究人员对比固相连接、钎焊连接、熔化焊连接等多种焊接方法,发现微激光焊接方法具有能量密度高、焊缝窄、热影响区小、焊接变形小、高温停留时间短、熔化金属量少、光束方向性好、能进行精密加工等特点,在焊接异种金属丝材时效果最好。同时通过工艺参数的优化、过渡层的填充、工装夹具的设计以及接头失效形式分析、焊接连接机理的讨论,研究人员主要对316LVM(Low-carbon vaccum melting)不锈钢丝材及TiNi形状记忆合金丝材异种金属材料微激光焊接进行了系统研究,并取得了一些研究成果,实现了异种丝材焊接接头可靠性的大幅提升。本文系统梳理了医用金属丝材的发展及应用状况,针对异种精细金属丝材焊接的难点,从焊接方法、工艺研究及连接机理三个方面分别介绍了植介入用异种金属丝材焊接技术的研究进展,同时对该领域未来研究方向进行了总结与展望,以期为制备高可靠性的生物医用异质金属焊接接头提供帮助。

异种金属材料扩散焊界面断裂分析

本文探讨了将能量理论应用于异种金属材料扩散焊接头界面断裂韧性测试的可行性，并应用双悬臂梁试件测试了（Ａ３＋Ｃｕ，Ａ３＋ＬＹ１２）几种材料组合扩散焊接头界面的临界裂纹能量释放率。结果表明，异种金属材料扩散焊接头界面裂纹能量释放率与材料的弹性模量及板厚的组合有关，通过材料性能和几何尺寸的合理匹配，可以优化界面抗断裂性能。

铝硅焊片对异种铝合金电子束焊接焊缝组织性能的影响

采用电子束焊接技术,研究厚度为20 mm的AlCu0.5,AlSiCu,AlSi1三种高纯铝合金分别与6061铝合金的焊接效果。通过添加铝硅焊片来改善异种铝合金焊接的组织性能。对焊缝区域组织的分析表明,不同焊片添加量改变铝合金焊缝中的Si含量,从而对焊接的裂纹敏感性有显著的影响。当焊缝中Si含量在1%左右时容易产生裂纹缺陷,随着焊缝中Si含量的增高,焊缝中的裂纹逐渐减小,直至没有裂纹缺陷的产生。焊缝的硬度也随焊缝中Si含量的增高而变大。针对不同的高纯铝合金与6061的焊接,通过添加合适的铝硅焊片,能获取组织性能优异的焊缝。

原位反应在钎焊中的应用

作为一种新型复合材料制备技术,原位合成法凭借其操作简单、成本低、与其他工艺的兼容性较好和便于推广等优势,成为近年来研究的热点。将原位反应引入钎焊领域,可以有效解决钎料在制备及使用过程中存在的成形性能差、接头残余应力大、难以润湿母材等问题。本文综合评述了目前关于原位反应在钎料合成中的应用,首先介绍了通过改变成形工艺来原位熔合低熔点高强韧钎料的相关研究,归纳了常见的成形工艺,如层状复合式、挤压复合式、添加金属粉芯及表面镀覆等,之后介绍了利用原位反应生成复合钎料增强相来实现异种材料有效连接的研究进展,最后指出现阶段利用原位反应合成钎料时所存在的问题,并对未来的研究方向进行了展望。

TC4钛合金/304不锈钢异种材料蜂窝结构钎焊工艺

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni和Ag-28Cu两种钎料分别对TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝结构进行了钎焊,对钎焊界面组织和蜂窝结构的力学性能进行了对比分析.结果表明,Ti基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材界面润湿反应性能较差且Ti基钎料钎缝显微硬度较高,导致钎焊界面强度低,蜂窝拉伸力学性能差.Ag基钎料与304不锈钢蜂窝芯箔材和TC4面板均发生显著的界面反应,钎焊温度830℃,保温时间10 min时,蜂窝抗拉强度为10.35 MPa,呈蜂窝芯破坏特征.Ag基钎料蜂窝抗拉强度明显优于Ti基钎料结果,适用于TC4钛合金面板/304不锈钢蜂窝芯异种材料蜂窝钎焊.