SiC顆粒增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料（SiC_p/Al MMCs）具有低密度,高熱導(dǎo)率以及一定范圍可調(diào)的熱膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良的性質(zhì),是航空航天、儀器儀表、汽車制造等領(lǐng)域電子封裝外殼的理想材料。然而,Sn基釬料與復(fù)合材料中的SiC陶瓷顆粒以及基體鋁合金難以潤(rùn)濕,使得其低溫釬焊難于實(shí)現(xiàn)。為此,本文采用超聲釬焊的方法進(jìn)行SiC_p/Al復(fù)合材料的低溫連接,研究釬焊接頭成形規(guī)律和接頭微觀組織演變以及力學(xué)性能,采用了Abaqus有限元分析軟件對(duì)接頭進(jìn)行了殘余應(yīng)力以及熱循環(huán)仿真模擬,以此對(duì)接頭的可靠性進(jìn)行評(píng)估。研究了SiC_p/Al復(fù)合材料超聲釬焊工藝。在短時(shí)間超聲作用下,焊縫中會(huì)存在一定數(shù)量的氣孔。超聲作用可以促進(jìn)釬料的流動(dòng),帶動(dòng)焊縫內(nèi)的氣體排出。隨超聲作用時(shí)間的延長(zhǎng),母材表面氧化膜破除程度逐漸提高,接頭前端氧化膜先于接頭末端破除。超聲作用5s時(shí),焊縫中的氣孔完全消除,母材表面氧化膜徹底破除,形成成形良好、沒有缺陷的釬焊接頭。在此基礎(chǔ)上繼續(xù)延長(zhǎng)超聲作用時(shí)間可以使母材中的Al元素不斷向Sn9Zn釬料中遷移,最終均勻分布在釬料內(nèi),而不僅僅分布于母... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

SiCp/Al復(fù)合材料的TIG焊焊縫組織[12]

為焊接熱源的焊接方法。雷玉成等人[19-24]對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料的等離子弧焊進(jìn)行了大量的研究，研究結(jié)果表明，在未添加填充材料的等離子弧焊中，焊接工藝參數(shù)的改變并不能抑制有害相Al4C3的生成，但在添加填充材料的等離子弧焊中，以Ti、Ti-Al、Ti-Ni、Ti-Mg、Ti-Si、Ti-Al-Si和Ti-Al-Si-Mg作為中間層時(shí)可以使焊縫中不再生成Al4C3相。此外，他們還研究了以N2、Ar混合氣代替代Ar氣作為等離子氣體的焊接工藝，這種工藝能夠抑制SiC顆粒的燒損和團(tuán)聚，在焊縫中還發(fā)現(xiàn)了均勻分布的AlN、TiN增強(qiáng)相，焊接接頭的力學(xué)性能有所提高。圖1-2SiCp/Al復(fù)合材料的激光焊焊縫組織[17]a)焊縫中的氣孔b)焊縫中的針狀脆性相電子束焊接是能量密度較高的焊接方法，通常在真空環(huán)境中進(jìn)行，比較適用于SiCp/Al復(fù)合材料的焊接[25]。但其焊接過程中由于熱輸入較高，不可避免的會(huì)出現(xiàn)Al4C3脆性相、焊縫成形較差和氣孔等問題。郭紹慶等人研究了[26,27]體積分?jǐn)?shù)為20%的SiCp/ZL101A復(fù)合材料電子束焊接，在不添加填充材料時(shí)，電子束對(duì)熔池的強(qiáng)烈沖擊會(huì)使焊縫成形困難，增強(qiáng)相顆粒分布不均勻。增強(qiáng)相顆粒與Al基體分離后會(huì)增加液態(tài)熔池的粘度，使液態(tài)金屬難以回流。采用富Si非增強(qiáng)中間層后，可以明顯改善焊接成形，抑制脆性相的形成，但氣孔問題仍然比較突出，如圖1-3所示。蔣佳敏[28]采用6061Al和Al-Si共晶合金作為中間層，對(duì)SiCp/6061Al復(fù)合材料的電子束焊接進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，未添加中間a)b)

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文-5-層時(shí)，焊縫外觀比較差，并且會(huì)出現(xiàn)氣孔、裂紋、以及大量的Al4C3針狀脆性相。以6061Al和Al-Si共晶合金作為中間層，可以使接頭中的Al4C3明顯減少。圖1-3電子束焊接ZL101A/SiCp(20%)復(fù)合材料焊縫[26]a)未添加填充材料（b）添加填充材料1.2.1.3SiCp/Al復(fù)合材料熔化焊中存在的主要問題上述的研究成果表明，各種熔化焊接方法都可用于SiCp/Al復(fù)合材料的焊接，但是效果不夠理想，存在著一系列的問題需要解決[29]，主要有：。（1）脆性相的生成。SiC與液態(tài)Al之間的反應(yīng)4Al()+3SiC()→Al43()+3Si()在727℃以上時(shí)自由能為負(fù)值[30]，在熔化焊的溫度下一般都能發(fā)生。這一反應(yīng)不僅消耗了SiC增強(qiáng)相，而且會(huì)生成針狀的Al4C3脆性相，降低接頭的強(qiáng)度。此外，Al4C3在潮濕的空氣或含水的環(huán)境中還能發(fā)生反應(yīng)生成乙炔而使焊縫被腐蝕[31]。（2）熔池流動(dòng)性差。SiC顆粒由于熔點(diǎn)高，在焊接過程中以固態(tài)的形式存在于熔融的鋁基體中，降低了熔池的流動(dòng)性。粘滯的熔池易于產(chǎn)生夾渣，影響焊縫的正常成形。同時(shí)，也會(huì)使擴(kuò)散氫等氣體不易逸出，殘留在熔池內(nèi)影響結(jié)晶，易于產(chǎn)生裂紋或氣孔等缺陷（3）接頭中SiC的不均勻分布。熔池凝固結(jié)晶時(shí)固態(tài)的增強(qiáng)相不能起到結(jié)晶核心的作用，會(huì)被長(zhǎng)大的結(jié)晶相所排斥，進(jìn)而發(fā)生偏聚現(xiàn)象導(dǎo)致接頭中增強(qiáng)相的不均勻分布，降低了接頭質(zhì)量。（4）填充金屬?gòu)?qiáng)度低。一般的填充金屬材料為不含增強(qiáng)體的普通材料，無法使得焊縫與母材等強(qiáng)。1.2.2SiCp/Al復(fù)合材料的固相連接固相連接的特點(diǎn)是焊接過程中作為母材的鋁基復(fù)合材料不會(huì)發(fā)生熔化，并且母材也無需整體加熱，因此可以避免高溫下脆性相的形成以及增強(qiáng)相偏聚等問題。此外，固相連接的接頭在變形較小的同時(shí)也有具有較高的強(qiáng)度，接頭質(zhì)a)b)


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