超声场下钎料/铝基复合材料润湿规律及其机理研究
发布时间：2021-08-01 21:47
润湿是凝固科学和焊接领域的共性问题。目前溶解性润湿的研究,既应考虑通过降低表面能,增加熔滴铺展后与基底的固液接触面积;又应增加固液相润湿中的互溶度,形成更大面积溶解层以提升润湿结合强度。超声场润湿是改善润湿性的良好方法,清洁环保、不引入杂质,能够有效改善液滴对基底的润湿程度。目前关于超声场润湿性、超声促进溶解作用等机制机理的研究,尚不深入。根据溶解驱动润湿的机制,本文确定了超声场下Zn/Al二元溶解性润湿体系作为对象展开研究,钎料熔滴分别选择共晶Sn-9Zn、Zn-5Al合金,基底材料为1060铝合金和焊接性能较差的70%体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料。通过比较铺展后的熔滴表面、润湿角大小以及固/液/气三相线的轮廓变化,得到超声波作用时间、基底保温温度以及合金成分改变对溶解性润湿变化规律的影响。超声作用时间延长,Zn-5Al/Al溶解作用增强;同时当超声场下的润湿温度由420℃提高到460℃,Zn-5Al/Al与Zn-5Al/复合材料两种体系的润湿性均变差,SEM图像观察与EDS成分分析表明是温度升高后溶解层内合金组织偏离共晶成分,流动性及溶解性变差所导致。对于Sn-9Zn/Al体...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液固表面润湿角示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文相微流的液滴润湿，而在基体 Al 相间越多地分布陶瓷颗粒，对钎料液滴自动的阻力越大，润湿更困难[34]；体分率相同时，颗粒的尺寸越小，复合材润湿越差，是因为 SiC 颗粒尺寸小则表面积变大，颗粒被熔融金属润湿时系所需的表面能更多[35]。在哈尔滨工业大学陈晓光[36]的研究：辅助超声场 Zn-Al 钎料润湿 55voiCp/ZL101A 复合材料中的实验结果表明，重力场下，二元合金在有钎剂作对作为基体的 ZL101A润湿，但不能够润湿 SiC颗粒，固无法完全润湿 55voiCp/ZL101A；而体系处在超声场下，锌铝合金钎料能够突破表面氧化膜、粒间存在的缝隙，进一步对 SiC 颗粒完成润湿。整体上改善了润湿性能。(a) (b)
图 1-2 超声场下钎料/复合材料的润湿(a)SiC/Al 界面状态；(b)界面产物 Al4C3.4 润湿过程数值模拟研究现状.4.1 有限元软件 FLUENT 模拟哈尔滨工业大学马琳等人通过高速摄像拍摄了水滴 10ms 内铺展的变化用 FLUENT 对钎料铺展进行了数值模拟，模拟过程展现了液滴发生的塌陷的过程，模拟与实验形成了很好的互证关系：图 1-3 为不同时间间隔液滴形貌，图 1-4 为各个时间点对应的形态变化的数值模拟结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟铝酸铯中温钎剂钎焊铝合金的润湿性研究[J]. 栾天晏,杨晟华,郭卫兵,李聪,闫久春. 机械制造文摘(焊接分册). 2016(04)
[2]陶瓷金属封接过程中钎料润湿特性的数值研究[J]. 钟伟,张国亮,彭家根. 焊接技术. 2016(01)
[3]超声复合焊接研究现状及科学问题[J]. 闫久春,杨春利,刘会杰,崔炜,谢伟峰,郭卫兵. 机械工程学报. 2015(24)
[4]航空铝合金机箱真空钎焊缺陷分析[J]. 魏海宏. 焊接. 2015(05)
[5]颗粒增强铝基复合材料界面性能的研究[J]. 孔亚茹,郭强,张荻. 材料导报. 2015(09)
[6]熔滴在基板上的铺展及凝固过程的三维数值模拟分析[J]. 朱胜,李显鹏,殷凤良,王启伟,郭蕾. 中国表面工程. 2015(01)
[7]铝基碳化硼/铝层状复合材料润湿过程研究[J]. 屠敬涵,于赢水,郭丽娟,接金川,李廷举. 铸造. 2014(07)
[8]Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟[J]. 邱丰,王猛,周化光,郑璇,林鑫,黄卫东. 物理学报. 2013(12)
[9]SiCp/Al复合材料焊接技术的研究现状与展望[J]. 陈国庆,甄公博,冯吉才. 宇航材料工艺. 2013(03)
[10]2024铝合金超声辅助钎焊接头的微观组织演变及力学性能（英文）[J]. 李远星,赵维巍,冷雪松,付秋娇,王雷,闫久春. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(09)
博士论文
[1]液态钎料超声驱动填缝机理及声空化作用研究[D]. 马琳.哈尔滨工业大学 2015
[2]SiC陶瓷与Ti-6Al-4V合金超声波辅助钎焊的润湿结合机制及工艺研究[D]. 陈晓光.哈尔滨工业大学 2013
[3]金属熔体在碳化物陶瓷上的润湿性及铺展动力学[D]. 林巧力.吉林大学 2011
[4]超声波作用下SiC与Zn-Al连接界面行为及焊缝强化机理[D]. 张洋.哈尔滨工业大学 2009
[5]液态钎料与铝基复合材料超声润湿复合机理及其应用研究[D]. 许志武.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]金属陶瓷与钢的钎焊连接技术研究[D]. 朱林正.南京航空航天大学 2016
[2]高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件半固态模锻连接成形研究[D]. 张帅.哈尔滨工业大学 2015
[3]高体分率SiCp/Al复合材料盒形件半固态成形研究[D]. 张淇.哈尔滨工业大学 2014
[4]Al及其合金与多晶α-SiC陶瓷的润湿及界面结构[D]. 丛晓霜.吉林大学 2014
[5]超声波作用下Sn对Al的铺展润湿与界面接合研究[D]. 沈浩然.哈尔滨工业大学 2012
[6]超声场作用下液/固界面润湿及钎料填缝行为研究[D]. 耿园月.北京工业大学 2012
[7]Sn-Zn钎料超声钎焊铝合金工艺及接头强化机制研究[D]. 陈伟.哈尔滨工业大学 2009
[8]氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究[D]. 王洪潇.大连交通大学 2006
[9]铝基复合材料超声液相连接中声传播的数值模拟[D]. 王昌胜.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3316303
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
液固表面润湿角示意图
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文相微流的液滴润湿，而在基体 Al 相间越多地分布陶瓷颗粒，对钎料液滴自动的阻力越大，润湿更困难[34]；体分率相同时，颗粒的尺寸越小，复合材润湿越差，是因为 SiC 颗粒尺寸小则表面积变大，颗粒被熔融金属润湿时系所需的表面能更多[35]。在哈尔滨工业大学陈晓光[36]的研究：辅助超声场 Zn-Al 钎料润湿 55voiCp/ZL101A 复合材料中的实验结果表明，重力场下，二元合金在有钎剂作对作为基体的 ZL101A润湿，但不能够润湿 SiC颗粒，固无法完全润湿 55voiCp/ZL101A；而体系处在超声场下，锌铝合金钎料能够突破表面氧化膜、粒间存在的缝隙，进一步对 SiC 颗粒完成润湿。整体上改善了润湿性能。(a) (b)
图 1-2 超声场下钎料/复合材料的润湿(a)SiC/Al 界面状态；(b)界面产物 Al4C3.4 润湿过程数值模拟研究现状.4.1 有限元软件 FLUENT 模拟哈尔滨工业大学马琳等人通过高速摄像拍摄了水滴 10ms 内铺展的变化用 FLUENT 对钎料铺展进行了数值模拟，模拟过程展现了液滴发生的塌陷的过程，模拟与实验形成了很好的互证关系：图 1-3 为不同时间间隔液滴形貌，图 1-4 为各个时间点对应的形态变化的数值模拟结果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氟铝酸铯中温钎剂钎焊铝合金的润湿性研究[J]. 栾天晏,杨晟华,郭卫兵,李聪,闫久春. 机械制造文摘(焊接分册). 2016(04)
[2]陶瓷金属封接过程中钎料润湿特性的数值研究[J]. 钟伟,张国亮,彭家根. 焊接技术. 2016(01)
[3]超声复合焊接研究现状及科学问题[J]. 闫久春,杨春利,刘会杰,崔炜,谢伟峰,郭卫兵. 机械工程学报. 2015(24)
[4]航空铝合金机箱真空钎焊缺陷分析[J]. 魏海宏. 焊接. 2015(05)
[5]颗粒增强铝基复合材料界面性能的研究[J]. 孔亚茹,郭强,张荻. 材料导报. 2015(09)
[6]熔滴在基板上的铺展及凝固过程的三维数值模拟分析[J]. 朱胜,李显鹏,殷凤良,王启伟,郭蕾. 中国表面工程. 2015(01)
[7]铝基碳化硼/铝层状复合材料润湿过程研究[J]. 屠敬涵,于赢水,郭丽娟,接金川,李廷举. 铸造. 2014(07)
[8]Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟[J]. 邱丰,王猛,周化光,郑璇,林鑫,黄卫东. 物理学报. 2013(12)
[9]SiCp/Al复合材料焊接技术的研究现状与展望[J]. 陈国庆,甄公博,冯吉才. 宇航材料工艺. 2013(03)
[10]2024铝合金超声辅助钎焊接头的微观组织演变及力学性能（英文）[J]. 李远星,赵维巍,冷雪松,付秋娇,王雷,闫久春. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2011(09)
博士论文
[1]液态钎料超声驱动填缝机理及声空化作用研究[D]. 马琳.哈尔滨工业大学 2015
[2]SiC陶瓷与Ti-6Al-4V合金超声波辅助钎焊的润湿结合机制及工艺研究[D]. 陈晓光.哈尔滨工业大学 2013
[3]金属熔体在碳化物陶瓷上的润湿性及铺展动力学[D]. 林巧力.吉林大学 2011
[4]超声波作用下SiC与Zn-Al连接界面行为及焊缝强化机理[D]. 张洋.哈尔滨工业大学 2009
[5]液态钎料与铝基复合材料超声润湿复合机理及其应用研究[D]. 许志武.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]金属陶瓷与钢的钎焊连接技术研究[D]. 朱林正.南京航空航天大学 2016
[2]高体分率SiCp/Al-6061Al盒形件半固态模锻连接成形研究[D]. 张帅.哈尔滨工业大学 2015
[3]高体分率SiCp/Al复合材料盒形件半固态成形研究[D]. 张淇.哈尔滨工业大学 2014
[4]Al及其合金与多晶α-SiC陶瓷的润湿及界面结构[D]. 丛晓霜.吉林大学 2014
[5]超声波作用下Sn对Al的铺展润湿与界面接合研究[D]. 沈浩然.哈尔滨工业大学 2012
[6]超声场作用下液/固界面润湿及钎料填缝行为研究[D]. 耿园月.北京工业大学 2012
[7]Sn-Zn钎料超声钎焊铝合金工艺及接头强化机制研究[D]. 陈伟.哈尔滨工业大学 2009
[8]氧化铝陶瓷与金属活性封接技术研究[D]. 王洪潇.大连交通大学 2006
[9]铝基复合材料超声液相连接中声传播的数值模拟[D]. 王昌胜.哈尔滨工业大学 2006
本文编号：3316303
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