采用Al-Si-Ti-Cu-In釬料在不同工藝參數(shù)下對(duì)70%SiC_p/Al復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊,通過掃描電鏡（Scanning electron microscope,SEM）、能譜分析（Energy dispersive spectrometer,EDS）技術(shù)對(duì)接頭組織形貌進(jìn)行分析。結(jié)果表明:采用600℃、6MPa、保溫1.5 h所得接頭具有最大剪切強(qiáng)度90.17 MPa,斷裂從母材開始,穿過釬料層,在另一側(cè)母材中瞬斷,其形貌具有韌、脆混合型斷口形貌特征。焊縫微觀組織主要包括蜂窩狀A(yù)l基體、聚積的顆粒狀富Ti、In相、環(huán)狀富Si相和界面處的針狀A(yù)l₄C₃脆性相。提高釬焊溫度有利于焊縫中孔隙的收縮和減少,增加釬料對(duì)復(fù)合材料的潤(rùn)濕性,也有利于激發(fā)Ti的活性,阻礙Al₄C₃脆性相的生成。由于燒結(jié)體中孔隙變化規(guī)律和柯肯達(dá)爾效應(yīng)的共同作用,使得焊縫中孔隙隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)先減少后增加,若繼續(xù)延長(zhǎng)保溫時(shí)間,孔隙終將消失。提高壓力能有效改善焊縫致密度,阻礙Al₄C

【文章來源】：機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2016年12期 北大核心

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

釬焊復(fù)合材料試樣裝配

月2016年6月李娟等：采用Al-Si-Ti-Cu-In釬焊70%SiCp/Al復(fù)合材料工藝研究61表2釬焊工藝參數(shù)編號(hào)溫度/℃保溫時(shí)間/h壓力/MPa15901.5026001.5035801.5046002056001066001.5376001.562試驗(yàn)結(jié)果及討論2.1接頭組織和成分分析圖2是釬焊接頭焊縫和界面的組織形貌圖，圖2a中，上下兩側(cè)是SiCp/Al復(fù)合材料，中間是釬料，母材中黑色顆粒為SiC顆粒，母材與釬料的結(jié)合面是界面。圖2b和2c分別是焊縫中心和界面處的高倍組織形貌，從圖中可知焊縫組織主要分為蜂窩狀A(yù)相，淺灰色塊狀C相和環(huán)C的深灰色環(huán)狀B相，EDS測(cè)試結(jié)果如表3所示。焊縫基體相A主要由Al元素和Si元素組成，還有少量的Cu元素和Ti元素固溶于其中。A相是由釬料粉末在熔點(diǎn)溫度下保溫加壓經(jīng)擴(kuò)散溶解而形成，因此組織在高倍電鏡下呈現(xiàn)蜂窩狀，孔洞圓潤(rùn)無尖角。B相主要由Al、Si和Ti元素組成，其中Si元素含量較高，因此B相為富硅鋁相，該相較脆，其上易形成微裂紋。C相主要由Al、Ti和In元素組成，與A、B相相比，其Ti元素和In元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。(a)焊縫低倍組織形貌(b)焊縫高倍組織形貌(c)界面高倍組織形貌圖2焊縫組織形貌焊縫中鄰近界面區(qū)域存在較多針狀組織D，其成分分析如表2所示，根據(jù)其C和Al的質(zhì)量比，算得Al與C的原子比約為1.7，與Al4C3的1.3接近，又因?yàn)槠湫螒B(tài)為針狀，可以推斷其為SiC與Al在釬焊過程中發(fā)生界面反應(yīng)生成的Al4C3脆性相。在釬焊過程中，母材中的較小SiC顆粒向半固態(tài)釬料中遷移，在釬料中靠近界面處形成一個(gè)含有少量SiC增強(qiáng)相的區(qū)域，SiC顆粒在釬焊過程中與釬料中Al發(fā)生界面反應(yīng)生成的Al4C3針狀相。Al4C3相首先橫穿整個(gè)SiC顆粒，將整個(gè)顆粒分割成幾個(gè)小區(qū)域，然后每個(gè)小區(qū)域繼續(xù)被分割，最終在原SiC顆粒?

62機(jī)械工程學(xué)報(bào)第52卷第12期期大約為5μm，如圖3b所示。由此可知，當(dāng)保溫時(shí)間和壓力不變時(shí)，隨著溫度的升高，釬料中原顆粒之間的界面逐漸消失，釬料顆粒之間界面轉(zhuǎn)化為晶界，釬料顆粒之間的粘接轉(zhuǎn)化為晶間結(jié)合，隨著溫度繼續(xù)升高，釬料內(nèi)孔隙逐漸形成圓球形閉孔，在保溫過程中逐漸減小甚至消失。圖3b、3d、3e分別是當(dāng)釬焊溫度和壓力不變時(shí)，保溫1.5h、2h、1h后得到的焊縫組織。從圖可知，當(dāng)保溫時(shí)間為1h時(shí)，焊縫中富Ti、In的C相較多，而當(dāng)保溫時(shí)間為1.5h和2h時(shí)，焊縫中富Ti、In的C相很少，由此可知當(dāng)釬焊溫度保持不變時(shí)，延長(zhǎng)保溫時(shí)間可以減少焊縫中富Ti、In的C相，促進(jìn)Ti、In元素在焊縫中的均勻分布。釬焊過程中，釬料的反應(yīng)過程實(shí)質(zhì)上是釬料的燒結(jié)過程，按照燒結(jié)理論，隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，燒結(jié)體中孔隙應(yīng)該減少，體積應(yīng)變校從圖3b、3d、3e中發(fā)現(xiàn)，保溫時(shí)間為1.5h的焊縫(圖3b)中孔隙比保溫1h的焊縫(圖3e)中孔隙小而且形狀圓潤(rùn)，可見隨著保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，燒結(jié)體中的孔隙在減少。然而當(dāng)保溫時(shí)間延長(zhǎng)到2h時(shí)(圖3d)，焊縫中孔隙雖然形狀圓潤(rùn)，大小均勻，但尺寸和數(shù)量卻較保溫1h和1.5h時(shí)有所增加。這是由于釬料中Al-Cu、Al-Ti柯肯達(dá)爾效應(yīng)與燒結(jié)過程的綜合作用，保溫過程中，由于Al在Cu和Ti中的擴(kuò)散系數(shù)大于Cu和Ti在Al中的擴(kuò)散系數(shù)，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，在Al中留下空位，聚積成孔洞；同時(shí)燒結(jié)規(guī)律使得焊縫中的孔隙不斷地減少和縮小，保溫初始階段，這種孔隙的減少和縮小很明顯，掩蓋了柯肯達(dá)爾效應(yīng)產(chǎn)生的孔洞，但隨著燒結(jié)的繼續(xù)進(jìn)行，孔隙的減少和縮小程度逐漸減慢，此時(shí)擴(kuò)散還在繼續(xù)進(jìn)行，柯肯達(dá)爾效應(yīng)使得焊縫中孔隙增加并長(zhǎng)大。如果繼續(xù)保溫，燒結(jié)體中各元素趨于均勻分布，柯肯達(dá)爾效應(yīng)對(duì)孔隙的影響將變得很微弱，此時(shí)燒結(jié)體?

【參考文獻(xiàn)】：
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