论文部分内容阅读
本文提出并开发了一种新型Al-Si-Ge-Zn四元铝合金钎料,系统研究了Ge、Zn含量对Al-Si-Ge-Zn钎料钎焊工艺性能、显微组织及加工性能的影响;采用新型Al-Si-Ge-Zn钎料钎焊6061铝合金,并与传统6061铝合金钎料Al-Si-Ge和Al-Si-Zn进行了比较研究;添加微量Sr元素对新型Al-Si-Ge-Zn钎料进行变质处理,研究了 Sr元素添加对Al-Si-Ge-Zn钎料及钎焊接头组织性能的影响,深入揭示了 Sr元素的变质作用机理。相对Al-Si钎料,Ge、Zn元素的添加显著降低了钎料的熔点,然而较多的Ge、Zn含量会影响钎料的铺展润湿性能。当Ge、Zn的添加量分别达到10wt.%和15wt.%时,Al-Si-Ge-Zn钎料的熔化温度区间最小,仅为39.9℃C(熔化温度范围为505.2～545.1℃C),此时钎料的铺展面积最大,相对Al-Si钎料的铺展系数高达192%。Al-Si-Ge-Zn钎料铸态组织由α-Al,β-GeSi及η-Zn相组成,Ge含量的增加促进了粗大β-GeSi相的形成,而适量的Zn可以细化脆性β-GeSi相。钎料压缩性能测试结果表明,Al-9.45Si-10Ge-15Zn钎料压缩率最大(63.5%),远远超过50%,具有优异的加工性能。与传统6061铝合金钎料Al-Si-Ge和Al-Si-Zn的比较研究表明,新型Al-Si-Ge-Zn钎料具有更加优异的钎焊工艺性能及加工性能。采用新型Al-Si-Ge-Zn钎料钎焊6061铝合金,钎焊接头主要由扩散层和钎缝区组成。扩散层由Zn在Al中的固溶体组成,扩散层的存在有利于改善钎焊接头的力学性能;钎缝区由α-Al相,η-Zn相和β-GeSi相组成。设计并优化了 6061铝合金钎焊工艺参数,当钎焊温度为570℃,保温时间为2min时,6061铝合金钎焊接头获得最高的抗剪切强度,为138.4MPa。与传统6061铝合金钎料Al-Si-Ge和Al-Si-Zn相比,钎焊接头抗剪切强度分别提高了 57.8%和 32.3%。Sr元素的添加对Al-Si-Ge-Zn钎料的熔化温度影响较小,但引起了钎料铺展面积的显著变化,当Sr含量为0.7wt.%时,钎料合金具有最大的铺展面积,相对Al-Si钎料的铺展系数高达227%。当添加0.1wt.%Sr时,钎料显微组织没有产生明显变化;继续增加Sr的含量达到0.4wt.%,β-GeSi相由针片状转变为长条状;当Sr含量增加到0.7wt.%时,β-GeSi相转变为细小的纤维状;当Sr含量达到1.Owt.%时,出现过变质现象,β-GeSi相变的粗大。向Al-Si-Ge-Zn钎料中添加0.7wt.%Sr,钎料压缩率提高了 9.4%。Sr元素的添加对6061铝合金钎焊接头的组织和性能也有显著改善。与Al-9.45Si-10Ge-15Zn 钎料相比,采用 Al-9.45Si-10Ge-15Zn-0.7Sr 钎料钎焊6061铝合金,钎焊接头扩散层宽度由16～18μm增加为25～27μm;钎缝区针片状β-GeSi相转变为细小的颗粒状。钎焊接头的抗剪切强度比采用Al-9.45Si-10Ge-15Zn钎料提高了 10%以上,达到152.4MPa。钎焊接头断裂形式由韧性、脆性混合断裂转变为明显的韧性断裂。采用TEM对Al-Si-Ge-Zn-Sr钎料的组织结构进行了深入研究,揭示了Sr元素的变质作用机理。Sr通过改变Si的生长方式来实现对Al-Si-Ge-Zn钎料的变质,Sr吸附在Si的生长台阶上,阻碍Si以台阶生长机制长成片状,改变了 Si原子的堆积次序,从而在Si晶体中形成大量的孪晶,Si相转而以孪晶凹谷机制生长为纤维状。