双层陶瓷复合材料与钢钎焊接头界面的微观组织结构

采用真空保护下的活性金属钎焊法对95%(质量分数)氧化铝陶瓷与低碳钢进行了钎焊,所用钎料为ag-cu-ti3活性钎料。通过x射线衍射仪(xrd)对界面的反应产物进行了物相分析,并用能谱仪(edax)分析了界面元素组成。结果表明,钎焊接头界面的反应十分复杂,反应产物多种多样,主要是ti3cu3o,ti3al,timn,tife2,tic等物质,界面的反应层按al2o3陶瓷/ti3cu3o/ti3al+timn+tife2+ag(s,s)+cu(s,s)/tic/低碳钢的规律过渡。

在钎焊时间3~30min,钎焊温度860~1000℃的条件下,采用agcuti钎料对c/c复合材料和tc4合金进行了钎焊试验。利用扫描电镜及eds能谱分析的方法对接头的界面组织及断口形貌进行了研究。结果表明,接头界面结构为c/c复合材料/tic+c/ticu+tic/ag(s.s)+ti3cu4+ticu/ti3cu4/ticu/ti2cu/ti2cu+ti(s.s)/tc4。由压剪试验测得的接头抗剪强度结果可知,在钎焊温度910℃,保温时间10min的条件下,接头获得的最高抗剪强度为25mpa。接头的断口分析结果表明,接头断裂的位置与被连接界面的碳纤维方向有关,当碳纤维轴平行于连接面时,断裂发生在复合材料中;当碳纤维轴垂直于连接面时,断裂主要发生在复合材料与钎料的界面处。

氮化硅陶瓷与40Cr钢钎焊接头性能的研究

对石墨与铜采用非晶态tizrnicu钎料进行了真空钎焊。采用光学显微镜(omolmpus)、扫描电镜(sem,s-4700)、电子探针(epma,jxa8600)等分析手段对接头的界面微观组织进行观察分析,研究结果表明,钎缝中主要是金属间化合物生成相,如cu-ti,cu-zr,ni-ti系等,裂纹易产生于焊缝中尺寸较大的一个金属间化合物相上,cu基固溶体的存在可以阻碍或延缓裂纹的扩展,对提高接头性能有利。在该实验条件下在950℃/15min工艺参数下获得的接头的电阻率低于5mω,平均电阻为3.3mω,接头的抗剪强度为16.34mpa满足该接头作为换向器接头的使用要求。

选用cu,nb,mo箔中间层,在特定的焊接参数条件下对ti(c,n)基金属陶瓷/40cr钢接头进行了钎焊试验,分析比较了中间层与钎料的不同匹配对抑制裂纹形核及扩展的影响。结果表明,中间层cu能有效释放接头残余应力,防止接头产生裂纹;中间层nb易溶解并聚集成带状,并在该带状组织与钎缝界面萌生裂纹;中间层mo的减应效果较差。影响ti(c,n)基金属陶瓷/40cr钢钎焊接头残余应力的因素很多,应综合考虑各因素才能达到有效降低接头应力的目的。

采用氩气保护下的活性金属钎焊法对碳化硅晶须增韧氧化铝陶瓷(al2o3/sicw)与不锈钢(1cr18ni9ti)进行了钎焊,所用钎料为ag-cu-ti3活性钎料。通过x-射线衍射仪(xrd)对界面的反应产物进行了物相分析,并用能谱仪(edax)分析了界面元素组成。结果表明,钎焊接头界面的反应十分复杂,反应产物多种多样,主要有tio、ti2o、tic、fe2ti4o、ni3ti、alti等物质,界面反应层按al2o3+sic/tio+alti+tic/ti2o+fe2ti4o/ag-cu的规律过渡。

采用ag-cu-ti-(ti+c)混合粉末作钎料,在适当的工艺参数下真空钎焊cf/sic复合材料与钛合金,利用sem,eds和xrd分析接头微观组织结构,利用剪切试验检测接头力学性能.结果表明,钎焊后钎料中的钛与cf/sic复合材料发生反应,接头中主要包括tic,ti3sic2,ti5si3,ag,ticu,ti3cu4和ti2cu等反应产物,形成石墨与钛原位合成tic强化的致密复合连接层.tic的形成缓解了接头的残余热应力,并且提高了接头的高温性能.接头室温、500℃和800℃高温抗剪强度分别达到145,70,39mpa,明显高于cf/sic/ag-cu-ti/tc4钎焊接头.

采用含ag50％~68％、cu10％~30％、zn12％~20％、sn0％~10％的银基钎料,通过激光钎焊,改变钎焊有效热输入(激光输出功率和钎焊时间),研究了tini形状记忆合金与不锈钢异质钎焊接头的微观组织和性能。结果表明:agcuznsn钎料对tini形状记忆合金和不锈钢的润湿性较好,钎焊接头界面平整、致密,与tini形状记忆合金形成的界面反应层较窄,而与不锈钢形成的界面反应层较宽。钎焊有效热输入对tini形状记忆合金热影响区组织和性能影响较大。钎焊有效热输入量过高,将导致tini形状记忆合金侧热影响区组织晶粒粗大、硬度降低、塑性提高。严格控制钎焊工艺参数可以获得具有较高抗拉强度、形状记忆效应和超弹性的tini形状记忆合金与不锈钢钎焊接头。

采用金相显微镜、电子显微镜、x射线能谱仪、显微硬度、力学试验等检测手段,对ta17钛合金/ag95cunili/0cr18ni10ti不锈钢钎焊接头的组织特征进行了分析。结果表明:钎缝中不锈钢/钎料一侧,形成了三层金属间化合物钎缝组织;在钛合金/钎料一侧,形成两个组织区域;同时,银沿钛合金晶间扩散;在凝固钎焊接头的钎缝中,靠近不锈钢一侧出现了ti、cu的富集;靠近钛合金一侧cu原子的含量明显升高,钎缝中心区基本上是纯银;钎缝中除不锈钢/钎料扩散层外,其他各微区的显微硬度并没有增加;从钎缝断口分析也证明钎缝中靠近不锈钢一侧是接头最薄弱的位置。

在钎焊温度825~960℃,保温时间1~60min的条件下,采用自行设计制备的ag-cu-tih2活性粉末钎料实现了zro2陶瓷和4j33kovar合金的钎焊.利用扫描电镜、能谱分析及x射线衍射分析的方法对接头的界面组织进行了分析.结果表明,接头典型界面结构为kovar/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/tini3+tife2+ti-fe-ni/ag(s.s)+cu(s.s)+tife2/cu2ti4o/tio+zrxoy/zro2.对接头抗剪强度的分析结果表明,在钎焊温度875℃,保温时间10min的条件下,接头获得了最高抗剪强度134mpa,断裂发生在tic反应层.随着钎焊温度及保温时间的变化,钎焊接头均发生不同程度的弱化,接头抗剪强度下降.

研制了钎焊锌铝合金的cd-sn-zn钎料、zncl2-nh4cl-kf钎剂,研究了锌铝合金炉中钎焊及火焰钎焊的工艺参数,并使用tem,sem和xr-ay对钎焊接头进行了分析。结果表明,经优化的炉中钎焊工艺参数为:加热温度320℃、保温时间15min、钎焊间隙0.14mm。钎焊接头界面区出现了大量的硬质点相,cd与mg2cu6al5之间存在(102)cd//(111)mg2cu6al5,(220)mg2cu6al5//(010)cd,(224)mg2cu6al5//(211)cd的相结构关系,提高了接头的结合强度;界面区包含了母材和钎料中的所有物相且有一定宽度,界面区的zn含量高且sn分布均匀,表明钎料与母材发生了剧烈的扩散。

非晶镍基钎料钎焊接头性能及微观组织的研究

非晶镍基钎料钎焊接头性能及微观组织的研究

用非晶镍基钎料和普通晶态钎料在不同的温度下真空钎焊不锈钢,分析了接头的力学性能、元素分布和显微组织。研究表明,钎焊接头的焊接质量在1000℃以下随温度升高而增强,采用非晶钎料的接头强度明显好于普通晶态钎料。

根据仿真设计和计算结果,制备了悬臂梁结构压电陶瓷复合材料,并考察了其振动发电性能。对复合材料的内外阻抗进行匹配,获得了最大的功率输出并在最佳阻抗匹配条件下,研究了振动发电性能与激励振幅和频率的关系。研究结果表明,压电复合材料的振动发电功率随着激励振幅的增大呈二阶增大,随着激励频率的增大呈线性增大。

根据仿真设计和计算结果,制备了悬臂梁结构压电陶瓷复合材料,并考察了其振动发电性能。对复合材料的内外阻抗进行匹配,获得了最大的功率输出并在最佳阻抗匹配条件下,研究了振动发电性能与激励振幅和频率的关系。研究结果表明,压电复合材料的振动发电功率随着激励振幅的增大呈二阶增大,随着激励频率的增大呈线性增大。

研究了ti3al基合金真空钎焊及接头组织性能;分析了不同钎料对接头界面组织和剪切强度的影响,初步优选了钎料,优化了钎焊连接规范参数;利用电子探针、扫描电镜和x射线衍射等方法对接头进行了定性和定量分析。结果表明:采用nicrsib钎料连接时,在界面处有金属间化合物tial3、alni2ti和ni基固溶体生成,tial3和alni2ti的生成降低了接头的剪切强度;采用tizrnicu钎料连接时,在界面处有金属间化合物ti2ni、ti(cu,al)2和ti基固溶体生成,ti2ni和ti(cu,al)2的形成降低了接头的剪切强度;采用agcuzn钎料连接时,在界面处生成ticu、ti(cu,al)2和ag基固溶体,ticu和ti(cu,al)2的生成是降低接头剪切强度的主要原因;采用cup钎料连接时,在界面处生成了cu3p、ticu和cu基固溶体,cu3p和ticu使接头的剪切强度降低;对于nicrsib钎料,当连接温度为1373k,连接时间为5min时,接头的剪切强度最高为2196mpa;对于tizrnicu钎料,当连接温度为1323k,连接时间为5min时,接头的最高剪切强度为2596mpa;对于agcuzn钎料,当连接温度为1173k,连接时间为5min时,接头的最高剪切强度为1254mpa;对于cup钎料,当连接温度为1223k,连接时间为5min时,接头的最高剪切强度为986mpa;采用tizrnicu

采用ag-cu-ti钎料对日用陶瓷与1cr18ni9ti不锈钢进行了钎焊连接.用扫描电镜、能谱仪以及x射线衍射仪对接头的微观组织形貌、特征点的成分以及钎焊接头的物相等进行了分析研究.结果表明,接头界面处形成了多种化合物,包括tio,tisi2,ti5si3和fe2ti.当温度为850℃,保温时间为5min时,接头界面结构为1cr18ni9ti不锈钢/fe2ti/ag[s,s]+cu[s,s]+fe2ti/tio+ti5si3+tisi2/陶瓷.当钎焊温度较高或保温时间较长时,界面反应层厚度增加,界面中基体相ag[s,s],cu[s,s]所占比例显著减小.

采用金相显微镜、扫描电镜、硬度计等测量方法,观察分析了铝锂合金钎焊前后母材和钎焊接头的显微组织变化,通过分析测试钎焊接头的显微硬度和断口微区的化学成分,研究分析了钎焊接头强度的变化规律。结果表明,焊后母材中的强化相由质点转变为板条状;氮气保护条件下,钎焊接头未见气孔、夹杂、裂纹等缺陷,钎焊接头存在一定的扩散区,从而有效地提高了钎焊接头的强度;无氮气保护的条件下,钎焊接头有大量的缺陷存在,这些缺陷的存在严重影响了钎焊接头的强度。

采用4种成分的银基钎料制备了钛合金/不锈钢钎焊接头,用力学性能试验、金相试验、扫描电镜分析及电子探针分析方法,测量了钎缝强度,分析了断口形貌和钎缝界面组织。研究表明:不锈钢/ag95cunili/钛合金钎缝强度可达220mpa,在不锈钢/ag95cunili扩散区形成了脆性相;不锈钢/ag88al10mnsi/钛合金钎缝强度为242mpa,不锈钢/ag88al10mnsi一侧的钎缝区易形成裂纹;不锈钢/ag85al8sn/钛合金钎缝强度只有123mpa;不锈钢/ag85al8snni/钛合金钎缝强度可达280mpa,钎料与母材冶金结合较好。

以不同厚度的铜箔、镍箔作为缓解接头残余应力的中间层材料,在钎焊温度820℃,保温时间20min的工艺参数条件下对ti(c,n)基金属陶瓷与45钢进行了钎焊试验。结果表明,无论是采用铜箔还是镍箔,当其厚度从100μm增加到300μm时,接头三点弯曲强度上升趋势平缓;由于铜箔在钎焊过程中大量溶解,削弱了钎料与ti(c,n)基金属陶瓷的化学相容性,降低了界面结合力,从而严重制约了接头强度的提高;使用镍箔的突出特点表现在具有较高的界面强度,与施加铜箔的钎焊接头相比强度显著提高,但其缓解接头残余应力的效果不如铜箔,在靠近钎缝的ti(c,n)基金属陶瓷一侧易引发残余应力集中现象。

采用活性钎料cu70ti30对al2o3陶瓷与q235钢进行了连接。用扫描电镜、能谱仪和x射线衍射仪对焊接界面进行了微观表征。结果表明,1100℃是最佳的钎焊温度,该温度下钎料充分熔化填充接头间隙并与陶瓷和钢侧相互扩散,形成由三层构成的界面结合区,即液态钎料填充陶瓷微孔形成的反应层、ti-cu合金层以及钢侧扩散层;在界面结合区生成有alcu4、cu3tio4、tic、tife2等新相;界面结合区组织致密,裂纹、微孔缺陷较少,实现了较好的冶金结合。