【摘要】：高硅鋁合金輕質(zhì)、高強(qiáng)、高導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)可調(diào),并具備良好的機(jī)械加工性能,是較理想的電子封裝材料。然而,作為一種鋁基復(fù)合材料(Al-MMCs),其增強(qiáng)相與鋁基體存在的物理、化學(xué)性能差異會(huì)致使其焊接性較差,出現(xiàn)難以精密控制、偏聚、有害界面反應(yīng)等焊接缺陷,致使其高強(qiáng)、可靠連接存在困難,目前已成為限制該材料推廣應(yīng)用的瓶頸問題。鑒于此,本文以高硅鋁合金為主要對(duì)象,結(jié)合超聲波在液相、固/液界面和固相中的作用,利用自組裝的超聲波輔助連接設(shè)備,研究大氣環(huán)境下高硅鋁合金的無釬劑超聲波輔助釬焊,并創(chuàng)新性的提出了超聲波誘導(dǎo)瞬間液相連接的方法,利用超聲波的作用將母材中的增強(qiáng)相引入焊縫中,獲得Si顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊縫。本文分別利用金相顯微鏡、掃描電子電鏡(SEM)、能譜分析(EDS)、納米壓痕儀、剪切強(qiáng)度檢測(cè)等測(cè)試方法,研究了超聲波輔助連接工藝參數(shù)與接頭微觀組織演變、元素行為、接頭力學(xué)性能等之間的關(guān)系,Si顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊縫的形成機(jī)理,所做工作和研究結(jié)論如下:1)將超聲波引入以Zn-5Al為釬料的Al-50Si中低溫釬焊中,實(shí)現(xiàn)了大氣環(huán)境下的無釬劑釬焊,并獲得Si顆粒增強(qiáng)Zn-Al基復(fù)合焊縫�；诔暡ㄔ谝合嘀械淖饔�,超聲波能夠破除氧化膜、促進(jìn)Si顆粒遷移、影響焊縫微觀組織的轉(zhuǎn)變和接頭的剪切強(qiáng)度。超聲波作用96s時(shí)獲得的接頭剪切強(qiáng)度可達(dá)108.69 MPa,約為母材Al-50Si的強(qiáng)度。2)在大氣環(huán)境中390℃時(shí),以Zn為中間層,進(jìn)行了超聲波誘導(dǎo)瞬間液相連接Al-50Si實(shí)驗(yàn),分析表明,超聲波通過誘導(dǎo)Zn-Al二元共晶液相實(shí)現(xiàn)Al-50Si的連接,并獲得Si顆粒增強(qiáng)Zn-Al基復(fù)合焊縫。超聲波作用下,焊接過程中等溫凝固過程所需時(shí)間被縮短。剪切強(qiáng)度和納米硬度隨超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而增加,超聲128 s所獲接頭力學(xué)性能最佳。3)采用超聲波誘導(dǎo)瞬間液相連接的方法,以Ag-28Cu為中間層,研究了超聲波作用下,基于三元共晶的Al-50Si中高溫超聲波誘導(dǎo)瞬間液相連接。分析表明,超聲波誘導(dǎo)了Al-Ag-Cu三元共晶液相的生成,三元共晶組織包括ξ(Ag_2Al)相、θ(Al_2Cu)相和α-Al相的微觀組織隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)而轉(zhuǎn)變。在超聲波作用15 s時(shí),獲得完全等溫凝固的Si顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊縫,焊縫由Al(Ag,Cu)固溶體和Si顆粒組成,最高剪切強(qiáng)度達(dá)到123.5 MPa。4)分別以In和Sn-52In中間層,研究Al-50Si的低溫、超快連接,研究發(fā)現(xiàn),僅需0.1 s超聲波就誘導(dǎo)了Al-In液相的形成,并且Si顆粒分布于整條焊縫,獲得了Si顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊縫。在焊縫中引入Sn元素,焊縫由金屬間化合物In_(0.2)Sn_(0.8),Al-In固溶體和Si顆粒組成,獲得多相增強(qiáng)復(fù)合焊縫,接頭的性能提高。利用超聲波的作用將高硅鋁合金中的增強(qiáng)相Si顆粒引入焊縫中,獲得Si顆粒增強(qiáng)復(fù)合焊縫,接頭性能顯著提高,解決高硅鋁合金連接存在的問題,為該材料在在電子封裝產(chǎn)品中推廣和應(yīng)用奠定基礎(chǔ),為鋁基復(fù)合材料高強(qiáng)、可靠地連接開辟了一條新途徑。
【圖文】：

第一章 緒論物，降低焊接接頭的力學(xué)性能。在焊接增強(qiáng)相為 Al2O3的鋁基復(fù)合材料的過程中，Al2易發(fā)生分解，如圖 1-1(a)[9]所示。在焊接增強(qiáng)相為 SiC 顆粒的鋁基復(fù)合材料時(shí)，會(huì)如下反應(yīng)[10]：固）（液（固）（固）3SiC4AlAlC3Si()43 （1生成有害的金屬間化合物 Al4C3，降低焊接接頭的力學(xué)性能，如圖 1-1(b)所示[9]。

圖 1-1 （a）熔化焊中增強(qiáng)相的 Al2O3分解，（b）有害的金屬間化合物 Al4C3生成[9]Fig. 1-1 (a) Decomposition of reinforced phase in fusion welding, (b)Al4C3flakes in fusion welding[9]針對(duì)以上問題，有研究人員在 TIG 焊接過程中使用 Al-Si 合金作為焊絲抑制有害間化合物的生成，但還是出現(xiàn)增強(qiáng)相 SiC 顆粒偏聚的現(xiàn)象[11]，Wang 等人[12]在利用束焊焊接 SiC 增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料使利用添加 Ti 元素的方法來抑制化合物 Al4C3的。然而，焊縫中有大量的氣孔存在降低了焊接接頭的力學(xué)性能。2）由于增強(qiáng)相與基體材料之間物理性能相差巨大，熔化焊焊接鋁基復(fù)合材料時(shí)常當(dāng)基體處于液態(tài)時(shí)，增強(qiáng)相還處于固態(tài)，這就使熔池的流動(dòng)性降低，造成粘滯，難于逸出熔池，極易形成氣孔缺陷，且經(jīng)過 Huang 等人[13]的研究，熔池中基體的流隨著增強(qiáng)相體積分?jǐn)?shù)的增加而逐漸變差，氣孔缺陷也越嚴(yán)重，，如圖 1-2 所示[13]。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG40

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 兗利鵬;王愛琴;謝敬佩;倪增磊;;鋁基復(fù)合材料在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展[J];稀有金屬與硬質(zhì)合金;2013年02期

2 樊建中;石力開;;顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料研究與應(yīng)用發(fā)展[J];宇航材料工藝;2012年01期

3 陳瀟瀟;徐道榮;侯玲;;高硅鋁合金的釬焊性能試驗(yàn)研究[J];現(xiàn)代焊接;2011年12期

4 李遠(yuǎn)星;趙維巍;冷雪松;付秋嬌;王雷;閆久春;;2024鋁合金超聲輔助釬焊接頭的微觀組織演變及力學(xué)性能(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2011年09期

5 金鵬;劉越;李曙;肖伯律;;顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年11期

6 侯麗麗;尹志新;樊新波;;鋁基復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀及發(fā)展[J];熱加工工藝;2008年10期

7 ;Diffusion welding of SiCp/2014Al composites using Ni as interlayer[J];Journal of University of Science and Technology Beijing(English Edition);2006年03期

8 鄒家生,許如強(qiáng),趙其章,陳錚;Study on vacuum induction brazing of SiC_p/LY12 composite using Al-Cu-Si-Mg filler metal[J];China Welding;2003年02期

9 牛濟(jì)泰,王慕珍,劉黎明,孔令超;擴(kuò)散焊條件下Al_2O_(3p)/6061Al復(fù)合材料中氧化膜的行為[J];材料研究學(xué)報(bào);2000年03期

10 劉黎明,牛濟(jì)泰,田艷紅,孟曉東;Diffusion bonding mechanism and microstructure ofwelded joint of aluminium matrix composite Al_2O_(3p),/6061[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;1999年04期

本文編號(hào)：2614963