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。

LaNd含量对Zn9.3Al7Cu钎料熔点及硬度的影响

采用合金化原理,向Zn9.3Al7Cu基体钎料中添加混合稀土La Nd,制备出新型钎料合金。研究了La Nd含量对Zn9.3Al7Cu钎料熔点、布氏硬度、显微硬度的影响。结果表明:钎料合金熔化温度随着稀土含量的增加而提高,但增幅不大;当w(La Nd)0.1%时,Zn9.3Al7Cu0.1La Nd钎料合金的固液相熔化区间最窄,为37℃,较基体钎料减少7℃;随着La Nd添加量的增加,Zn9.3Al7Cu钎料合金的布氏硬度和显微硬度均提高;当w(La Nd)0.5%时,Zn9.3Al7Cu0.5La Nd钎料合金的布氏硬度和显微硬度最高,分别较基体钎料的提高了4.1%和6.2%。

稀土LaNd对Zn9.3Al7Cu钎料腐蚀性能影响

采用合金化原理,在Zn9.3Al7Cu钎料基体中添加稀土LaNd,研究稀土LaNd对Zn9.3Al7Cu无铅钎料腐蚀性能的影响.结果表明,当LaNd添加量不超过0.3%时,随着LaNd添加量增加,Zn9.3Al7Cux LaNd钎料中弥散分布大量的耐蚀性较强的ε(CuZn5)相,钎料合金的腐蚀电位逐渐上升,抗腐蚀性增强;当LaNd添加量超过0.3%时,随着LaNd添加量增加,Zn9.3Al7Cux LaNd表面开始出现腐蚀坑,且腐蚀产物中O元素含量增加,钎料合金的腐蚀电位逐渐降低,耐腐蚀能力变弱.从Zn9.3Al7Cux LaNd钎料的腐蚀性能考虑,稀土LaNd的最佳添加量为0.3%.

混合稀土含量对Zn9.3Al7Cu合金钎料润湿性能及显微组织的影响

在Zn9.3Al7Cu合金钎料中添加了质量分数分别为0,0.1%,0.3%,0.5%的由镧粉和钕粉组成的混合稀土,研究了混合稀土含量对该合金钎料熔点、润湿性能、显微组织,以及对其钎焊铜/铝接头剪切强度的影响。结果表明:合金钎料的显微组织均由η(Zn)相、ε(CuZn5)相、β(ZnAl)共析相组成,混合稀土的添加使大树枝状的ε(CuZn5)相细化、分布变均匀;随着混合稀土含量的增加,合金钎料的熔点逐渐降低,润湿性能及其钎焊铜/铝接头的剪切强度均先增大后下降;当混合稀土质量分数为0.1%时,钎料在铜板和铝板上的铺展面积均达到最大,分别比未添加稀土的提高了20.4%和46.6%,其润湿铝板的界面变得连续,没有缺陷;合金钎料钎焊铜/铝接头的剪切强度也达到最大,为66.5MPa,比未添加稀土的提高了32.5%。

Zn-Al系钎焊材料的研究进展

Cu因其优良的力学性能、延展性能等而被广泛用于电子、机械等领域。但Cu同样作为世界性稀缺资源,尤其是我国十分依赖进口。为降低制造成本,寻找其他金属代替Cu成为当今的研究热潮。我国Al资源较为丰富,以Al代Cu能显著减少构件质量和成本消耗。然而,由于二者物理性能差异较大,在结合界面处易产生较大残余应力,影响连接件的可靠性。而传统的焊接方法温度较高,易导致Al侧软化和变形。诸多行业面临着Al连接困难的问题。因此,研究者们注意到一种具有很大应用潜能的钎料——Zn-Al钎料,通过改变Al含量,能控制其熔化温度,较为灵活地满足不同情况下的焊接需求,十分契合Cu/Al等金属的连接。本文针对Zn-Al钎料的研究现状,综合评述了其合金化方面的研究进展及发展趋势,主要从显微组织、力学性能等方面对现有研究成果进行分析总结,同时指出所存在的问题,并针对今后研究工作进行分析和展望,期望Zn-Al钎料能早日解决Cu/Al等连接的问题,以达到缓解Cu资源紧张、节省生产成本的目的。

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金局部腐蚀过程:从点蚀到晶间腐蚀的转变

时效对Al-7.82Zn-1.99Mg-2.41Cu-0.12Zr合金局部腐蚀模式及过程有重要影响。合金在欠时效状态下,晶界析出相尺寸小,分布连续性高,L_(GBPs/GB)为0.75,主要的腐蚀形式是晶间腐蚀。而在双级时效和回归再时效状态下,晶界析出相尺寸大,分布连续性低,L_(GBPs/GB)小于0.5,晶间腐蚀被抑制,合金主要的腐蚀形式是点蚀。随着浸泡时间的延长,峰时效状态合金的腐蚀模式由点蚀向晶间腐蚀转变。点蚀起始于Al_(7)Cu_(2)Fe粒子,其尺寸越大,与基体的电位差越大,表明较大的Al_(7)Cu_(2)Fe粒子更容易引起点蚀。在腐蚀初期,合金表面发生点蚀,Al和Mg元素在Al_(7)Cu_(2)Fe粒子周围优先溶解。随着浸泡时间的延长,合金表面发生晶间腐蚀。

Zn-Al-Cu基合金无钎剂钎焊泡沫铝的界面结构及力学性能

以Zn-Al-Cu基合金为钎料,对74.7%—91.6%不同孔隙率的泡沫铝采用无钎剂钎焊方法进行连接实验。采用OM和SEM观察钎缝组织及界面结构,EDS测定界面元素分布,XRD分析界面物相,通过热力学分析验证钎料中Cu和Zn与母材中Al元素的相互作用和除膜机理,对钎焊接头试样进行拉伸和剪切性能实验,分析孔隙率与接头试样强度之间的关系。结果表明,该无钎剂钎焊方法在泡沫铝端面之间形成密实结构的连续钎料层,未改变母材结构特征;钎缝组织由Al(Zn)固溶体、Zn(Al)固溶体、Cu_4Zn及MgMnO_3组成;连接界面主要由Al(Zn)固溶体组成,Zn,Al和Cu在界面上相互扩散而形成一定扩散梯度,熔合良好,钎焊接头抗拉强度与母材相当,剪切强度略高于相同孔隙率母材的剪切强度,抗拉强度和剪切强度均随孔隙率增加而明显降低。

铝铜钎焊用Zn-Al钎料的研究

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。结果表明,Al含量在15wt%以上时,钎料在铜上铺展性较好,含Al10wt%左右的钎料所焊铝铜接头的强度最好。采用含Al10wt%的Zn-Al钎料,配合CsF-AlF3无腐蚀中温钎剂,采用高频感应加热钎焊连接铜铝管,能获得高压下不漏气的理想接头。

喷射成形Al11.4Zn2.6Mg1.7Cu合金沉积态显微组织分析

利用喷射成形工艺制备了Al1 1 .4Zn2 .6Mg1 .7Cu超高强铝合金材料 ,用金相、SEM、TEM等测试方法对其显微组织进行了分析。研究结果表明 :沉积坯件主要由等轴晶粒构成 ,晶粒平均直径约为 2 3μm ,添加的合金元素Zn ,Mg和Cu呈有规律的分布 ,通过XRD和TEM分析 ,Al1 1 .4Zn2 .6Mg1 .7Cu铝合金沉积坯件中第二相主要包括六方结构的MgZn2 相、四方结构的Al2 Cu相和斜方晶格的Al2 CuMg相。

Cu元素对铝/铜钎焊用Zn-Al钎料性能的影响

研究了Cu元素对铝/铜钎焊用Zn-Al钎料的熔化温度、铺展性、接头剪切强度及焊缝组织的影响。结果表明,在Zn-10Al钎料中通过添加Cu元素,可以改善在铝表面上的铺展性能,却降低了在铜表面上的铺展性能,其熔化温度(液相点)降低。当添加一定比例的Cu元素时,可使焊缝中钎料层与铜母材之间界面的组织变细小,从而提高钎焊接头的剪切强度。Cu元素含量过高时,在靠铜侧钎料层会生成层状相。

铜对 Zn-Al 基软钎料性能的影响

为了降低汽车铝质热交换器钎焊温度，防止高温软化，研究了一种钎焊温度比Ａｌ－Ｓｉ钎料低的Ｚｎ－Ａｌ－Ｃｕ钎料．着重讨论了微量Ｃｕ含量对Ｚｎ－Ａｌ钎料熔点、强度、钎焊性能等的影响．研究结果表明，在Ｚｎ－Ａｌ系钎料中加入微量的Ｃｕ，对钎料熔点无影响，其熔点均在三元合金共晶温度３７３．５℃左右；微量Ｃｕ在Ｚｎ－Ａｌ系合金中形成以Ｚｎ为基的含有铝和铜的η相（富锌相）固溶体及含锌和铜的β相（富铝相）固溶体，提高了Ｚｎ－Ａｌ系钎料的强度、硬度，但使其延伸率降低．该合金完全能替代Ａｌ－Ｓｉ系钎料用于汽车热交换器的钎焊，焊接温度可降低２００℃左右，可以防止因炉温偏高造成铝质热交换器钎焊时的高温软化现象．

锌铝药芯钎焊丝钎焊铝/铜接头性能及组织

采用5种不同成分的锌铝药芯钎焊丝钎焊铝/铜接头,研究钎料成分对接头剪切强度和耐蚀性的影响.研究结果表明:对于同成分的锌铝药芯钎焊丝,采用火焰钎焊的铝/铜接头抗剪强度比炉中钎焊高,Zn80Al20药芯钎焊丝钎焊的铝/铜接头强度最高;随钎料中Al含量降低,铝/铜接头的耐蚀性变差,Zn72Al28药芯钎焊丝钎焊的铝/铜接头耐腐蚀性最好.相同条件下,火焰钎焊铝/铜接头的耐蚀性明显好于炉中钎焊的接头;Zn80Al20药芯钎焊丝钎焊的铝/铜接头钎缝组织呈块状.锌铝药芯钎焊丝中适中的Zn,Al含量有利于使铝/铜接头铜侧界面得到固溶体组织,并避免铝侧母材的过度熔蚀.

铜/铝钎焊用Zn-Al钎料的电化学腐蚀性能研究

采用铸锭冶金法,在高频感应炉中制备了铜/铝钎焊用Zn-22Al钎料,通过浸泡腐蚀试验、电化学腐蚀试验对添加Mg元素的钎料的耐蚀性能进行了评价分析,并探讨了其腐蚀机理。研究结果表明,添加Mg元素可显著提高钎料基体的电极电位,从而显著提高钎料本身的耐腐蚀性能,并不会显著降低铜/铝接头的强度。加入Mg元素的Zn-22Al钎料,配合CsF-AlF3无腐蚀中温钎剂,采用高频感应加热钎焊连接铜/铝管,通过浸泡腐蚀试验后,仍可获得高剪切强度的接头。

不同钎焊料对3003铝合金焊接接头组织与性能的影响

配制4种成分的Al-Si-Cu-Zn钎料,通过差热分析、润湿性试验、钎焊试验、钎焊接头拉伸强度试验及接头组织观察。结果表明,钎焊料合理的钎焊温度为经60 min升温到520℃保温30 min+560℃保温20 min;随着钎料中含Cu、Si、Zn量的增加,焊接接头的强度随之升高,最高可达到57 N/mm2。

5A06铝合金/T2紫铜镶嵌结构件超声波复合钎焊

研究了Zn-5Al-3Cu钎料超声辅助钎焊5A06铝合金和工业纯铜镶嵌结构的工艺。利用金相、SEM等方法研究了钎缝微观组织特征,探究了超声对钎缝形成过程的影响,讨论了接头的力学性能与微观组织的关系。试验结果表明,镶嵌结构各区域钎缝的组织致密无缺陷。钎缝由树枝晶状α-Al、Zn-Al-Cu-Mg四元共晶组织、η-Zn相和Cu-Al2化合物构成,5A06铝通过Zn-Al过渡层与钎料组织结合,铜侧界面反应层厚度均匀,约2~3μm,主要由CuZn5化合物构成,部分CuZn5和钎料的界面间可观察到CuAl2和Al4.2Cu3.2Zn0.7化合物。接头的剪切强度为89~100 MPa,主要断裂于CuZn5化合物和铜基体的界面处。

高、中、低温无铅焊料

电子产品生产中传统的焊料为铅锡合金,铅为有毒重金属,对人体和环境都有害。因此,实现电子制造业的全面无铅化是必然举措。文章介绍了高、中、低温无铅焊料的发展现状,对比了各自的成分及应用,并展望了其未来发展趋势。

Zn-Al钎料固相率及组分对Cu/Al管磁脉冲-半固态复合辅助钎焊接头质量的影响初探

由于节能环保以及轻量化的要求,Cu/Al异种金属复合管件被广泛应用于各工业领域,为此探索一种Cu/Al管件间高效可靠的连接技术具有较大应用价值和研究意义。为了探究Cu/Al管半固态钎焊连接机理并优化相关工艺参数,基于新提出的磁脉冲-半固态复合辅助钎焊方法制备了Cu/Al异种金属管件钎焊接头,利用LS-DYNA分析了半固态钎料不同表观粘度参数下外管内壁的受力情况,采用材料力学拉伸试验机,能谱仪和电子探针显微分析仪研究了半固态Zn-Al系钎料固相率及组分对焊接接头质量的影响。结果表明:外管内壁所受压力幅值随着表观粘度的增大而减小,剪切应力随着表观粘度的增大而增大;半固态钎料固相率为0.8时钎料与母材间没有良好冶金结合,固相率为0.4时会导致钎料填充不足的缺陷。在二次放电电压7 kV,半固态Zn-Al钎料固相率为0.6的条件下,磁脉冲-半固态复合辅助钎焊工艺能够实现Cu/Al管的无钎剂有效连接;与Zn-3Al和Zn-22Al相比,Zn-15Al钎料制得的接头综合性能更好,是较为合适的Cu/Al管磁脉冲辅助半固态钎焊用Zn-Al钎料。

快速凝固Al-Si-Cu-Zn-Re粉末钎料的制备及其性能

采用快凝技术制备了粒度50-90μm的亚共晶Al-Si-Cu-Zn-Re快凝粉末钎料,对其性能进行了分析。实验结果表明,快凝钎料液相线降低了5℃。与普通钎料相比,快凝Al-Si-Cu-Zn-Re粉末钎料润湿角提高了2.5,抗剪强度提高了28%。快凝钎料组织细小均匀无偏析现象,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。采用快速凝固方法制备粉末钎料,不仅工艺简单,储存、使用方便,且可获得性能更优良的钎料,并可用于开发新型钎料。