【摘 要】
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铝合金具备良好的延展性,导热性和导电性能,同时由于其自身的低密度,被广泛的应用在各种轻量化设计当中。镁合金与铝合金相似,同样由于其自身低密度以及质软易加工变形的特点,成为优良的轻质结构材料。铜具备良好的导热性和导电性,因此被广泛的应用在电子封装、建筑行业以及各种加工制造业当中。钨是一种熔点高,硬度大、导热性好的金属材料。因其在辐照环境下,具有溅射阈值高、氚保留率低、抗中子辐照性能好等特点,被广泛的
【基金项目】
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国家自然科学基金51504165; 中国博士后基金面上项目2016M601271
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铝合金具备良好的延展性,导热性和导电性能,同时由于其自身的低密度,被广泛的应用在各种轻量化设计当中。镁合金与铝合金相似,同样由于其自身低密度以及质软易加工变形的特点,成为优良的轻质结构材料。铜具备良好的导热性和导电性,因此被广泛的应用在电子封装、建筑行业以及各种加工制造业当中。钨是一种熔点高,硬度大、导热性好的金属材料。因其在辐照环境下,具有溅射阈值高、氚保留率低、抗中子辐照性能好等特点,被广泛的应用于核聚变堆、动能穿甲弹和航空航天领域。本文分别以超声复合固相扩散焊、超声复合真空固相焊和超声诱导瞬间液相焊制成2024Al/Ag/2024Al,W/V/W,AZ31B/Ag/AZ31B和AZ31B/Al/Cu体系,研究超声振动在固/液相介质当中的效应对焊接接头组织和性能的影响。同时,制成的2024Al/Ag/2024Al体系有望替代传统的Cu基板电子器件在极端环境下的应用。在2024Al/Ag/2024Al体系当中,由于焊接温度远低于Al-Ag共晶温度,在加工过程中体系全程为固相,从而研究了超声振动在固相介质中的声塑性。随着超声振动时间的增加,焊缝中生成的金属间化合物Ag2Al呈现平方型的增长趋势,建立模型计算出扩散系数,此时扩散系数远超无添加超声振动时扩散系数。研究发现外加超声波作用时会使材料内耗增加,这种内耗增加即为在应力诱导下激活能增加的过程,外加负载超声能量场对金属内部原本相对稳定状态造成了一定影响。根据HRTEM观察到接头中出现位错和孪晶,位错和孪晶集中出现在层错能较低的一侧,从而表明在超声振动作用下,层错能较低的金属更易产生塑性变形。同时在密排六方结构金属间化合物Ag2Al和体心立方结构金属间化合物Ag3Al之间观察到非晶Ag2O,从而证实非晶可在一定程度上帮助晶体结构不同的物质相连接。在W/V/W体系当中,选用超声复合真空固相扩散焊的工艺方式,研究了超声振动在固相介质中声塑性对固相焊工艺的影响。建立了4个不同的模型分析超声振动对固相焊的影响。根据位错理论建立模型,解释了引入超声会增大材料的应变速率,从而使得材料发生软化;依据Migwel Lagos扩散焊理论模型,解释了引入超声可缩短焊接时间;根据固相焊的空洞闭合理论中Derby模型中的初始塑性变形机制,分析了引入超声可以减小焊接所需压力;依据扩散理论建立扩散系数与应变速率之间关系,表明引入超声能促进元素之间的扩散。在AZ31B/Ag/AZ31B体系当中,焊接温度高于共晶点低于熔点,因此在界面处形成共晶液相,从而研究了超声波在固相介质当中的声塑性以及超声波在液相当中的空化效应和声流搅拌效应。接头中发生二元共晶反应,形成了由α-Mg固溶体、Ag Mg3金属间化合物以及Ag-Mg共晶组织组成的焊缝组织。当超声振动为7 s时,接头的平均剪切强度达到最大值约为66.87 MPa。
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