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铜铝药芯钎料你了解多少?

发布时间:

2021/09/15 00:00

综上所述,不同的方式对焊缝金属润湿性、接头力学性能和组织形态有不同程度的影响。点阵式处理后,焊接时钎料流入凹坑和沟槽,由于毛细作用的效果,钎料更容易在钛表面上铺展,力学性能提升也更大;与点阵式处理相比,直线式处理促进钎料铺展效果不明显,与焊缝平行方向的沟槽产生的能量势垒阻碍了熔融钎料的进一步铺展。但两种处理方式都会增加界面连接面积,同时使界面化合物形态变为锯齿状,抑制裂纹的大范围扩展。直线式处理对钎料铺展面积改善效果不明显,对力学性能的提升也较为有限。

(1)激光表面可明显改善焊缝表面成形。点阵式处理后,润湿角由98°下降至62°,在毛细作用的驱动下,钎料润湿性得到改善,焊缝金属润湿角下降,钎料铺展宽度上升。点阵式处理对钎料润湿性的提升优于直线式处理,且点间距越小,提升越显著。

(1)采用含有强碳化物形成元素Ti的合金钎料钎焊单层金刚石,钎料对金刚石的浸润性好,碳化物形成元素在金刚石表面偏聚,使金刚石和钎料与基体之间产生化学冶金接合,提高了基体对金刚石的把持力。

另外,高温钎焊过程中,金刚石磨粒需要依靠熔化的钎料连接起来,钎料自身的性能在很大程度上会影响金刚石钎焊接头的性能而且为了降低钎焊温度,需要使钎料具有更低的熔点,同时还需要加入活性元素成分来改善钎料对金

本文采用铜基合金钎料,就如何选择低熔点钎料,对具体钎焊效果进行探讨,并运用现化分析手段对结合面微结构进行分析,以验证钎料与金刚石的化学冶金结合。

在AMB制备中,活性金属焊料用于结合铜和陶瓷基板,含Ti/Ag/Cu等元素的钎料与陶瓷发生化学反应,生成可被液态钎料润湿的反应层,从而实现金属在工件表面的焊接,没有金属化的陶瓷。工艺原理如图8所示。

在行业人看来,该项目在国际上率先提出钎料的原位合成方法,突破了钎料性能极限。独创了表层覆锡钎料、金属颗粒芯钎料,在钎焊过程中不同合金接触反应、二次冶金原位生成速流或高强钎料,开辟了钎料制造新途径,解决了难成形高性能钎料的制造难题,实现了该类钎料的工业应用。

钎焊过程中,钎料与钢基体在钎焊温度下发生组元间相互扩散,形成一个固相扩散区,当这个固相扩散区成分接近共晶成分时会出现液相,这时钎料与钢基体在界面上一起熔化,在随后的冷却过程中,钎料与钢基体联生结晶,形成了固溶体及其化合物,从而实现钎料与钢基体的高强度结合。

国外从20世纪90年代初期开始,研究用高温钎焊替代电镀开发新一代单层金刚石工具,其出发点就是希望能藉助高温钎焊时在金刚石、钎料与母材界面上可能发生的诸如溶解、扩散、化合之类的相互作用从根本上改善磨料、结合剂(钎料合金)和基体三者间的结合强度。

对比图2a与2b可发现,在30min保温时间下,由于保温时间不充足,钎料中的B,Si等元素向母材中扩散较少,使得它们和钎料中其他元素反应形成了金属间化合物,并且这些金属间化合物在焊缝中心大量的残留。而在60min的保温时间下,钎料中的B,Si元素向母材中大量扩散,使得焊缝中心处的金属文化合物明显减少,而在焊缝中出现大量的固溶体相。

对比图2a与2b可发现,在30min保温时间下,由于保温时间不充足,钎料中的B,Si等元素向母材中扩散较少,使得它们和钎料中其他元素反应形成了金属间化合物,并且这些金属间化合物在焊缝中心大量的残留。而在60min的保温时间下,钎料中的B,Si元素向母材中大量扩散,使得焊缝中心处的金属问化合物明显减少,而在焊缝中出现大量的固溶体相。

激光点阵间距越小,则钛合金基板粗糙度越大,粗糙度越大则毛细作用越明显,更能促进焊缝金属向前铺展。不同点阵间距条件下的铝/钛激光熔钎焊焊缝宏观形貌如图4所示。不同实验组焊缝成形差距较大,可以看出,未处理时,钎料铺展不良,焊缝成形较差,焊缝金属凝固时不润湿,形成的润湿角较大,铺展效果较差;处理后,成形明显改善,润湿铺展效果良好,形成连续稳定的焊缝成形。不同点阵间距下润湿角和钎料铺展宽度统计结果如图4e所示,随着点间距的减小,润湿角逐渐下降,焊缝金属铺展效果逐渐改善,点间距越小则改善效果越明显。这主要是由于点阵的毛细作用促进熔融钎料的铺展,从而改善了焊缝成形。

为了解在钎焊金刚石过程中,钎料的组织以及钎料与钢基体的结合,对钎焊后的金刚石试样作能谱线扫描分析如图3。在两者的界面有Ti元素富集,其他元素Cu、Sn在界面处的浓度梯度均呈现缓慢的过渡趋势。

参考答案焊料。钎料的作用是去除母材和钎料表面的氧化物和油性杂质,保护钎料与母材的接触面不被氧化,增加钎料的润湿性和毛细流动性。钎料的熔点应低于钎料,钎料残渣对母材和接头的腐蚀应小。钎焊常用的助焊剂是松香或氯化锌溶液,钎焊常用的助焊剂是硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。

金刚石表面金属中的Ti元素浓度明显高于钎料本身的浓度,表明钎料中的Ti元素在钎焊温度的作用下,从钎料中向金刚石表面扩散,并与金刚石中的元素结合生成碳化物。

而在软钎焊中,必须借助钎料,即焊料。焊料将以液态形式注入两种母材金属之间,但母材金属自身不会熔化。通过扩散实现正向结合。

不同方式下的接头拉伸性能测试结果如图6所示,均断裂于界面处。未做处理时,接头拉伸载荷为2345N,点阵式处理使接头性能提升了5%~21%,而直线式处理对铝/钛接头的性能影响不大。分析认为,在点阵式处理下,焊接接头的接触角较小且焊缝宽度较大,机械咬合效果作用更大,因此点阵式处理的试样拉伸强度明显提高;而直线式处理方式的熔融钎料铺展难度更大,使得铺展效果差别不大进而导致拉伸性能差异较小。

钎焊:硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点,低于母材熔化温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。

④浸铜钎焊:将工件的钎焊部分浸入熔化的液态钎料中,利用毛细作用使液态钎料沿工件的焊缝渗入,从而达到钎焊的目的。浸铜焊通常以盐浴炉、焦炭炉或油炉做热源,钎料和钎剂都置于石墨或耐热不锈钢坩埚中加热至液态。这种钎焊方法适用于成批生产各种硬质合金刀具和钻探用的硬质合金钻头等。可以一次加热完成多刃硬质合金刀具的钎焊,有较高的钎焊效率。

为缓解陶瓷/金属焊接残余应力,学者们做了诸多研究,除了从焊接时间、焊接顺序以及保温时间等方面进行调节外,通过添加中间层和梯度钎料等方式来降低钎料与陶瓷间的热膨胀系数差也备受推崇。此外,构建梯度化陶瓷使表面富金属化也引起了研究者的关注,在提高接头强度与性方面极具潜力。

(2)点阵式处理能大幅提高接头拉伸性能,相比未处理接头的拉伸载荷提升21%。一方面是因为点阵式处理改善了钎料润湿性,增加接头有效连接面积;另一方面是因为点阵式形成的凹坑很好地阻碍了裂纹的扩展。直线式处理虽也能起到很好的裂纹阻碍效果,但润湿铺展性没有明显改善,导致接头性能提升不明显。

为了进一步证明碳化物存在,对钎焊后的金刚石磨粒采用X射线衍射分析,确定了金刚石与钎料的焊接界面处新生化合物的存在形式。

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