AZ31镁合金钎料设计及钎焊工艺研究

发布时间：2017-09-30 20:38

  本文关键词：AZ31镁合金钎料设计及钎焊工艺研究

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【摘要】：焊接是连接镁合金或连接镁合金与异种材料的重要方法,钎焊作为三大焊接方法之一,可以在镁合金的连接上发挥巨大的优势。但是镁合金钎料及钎焊方法的研究比较缓慢,远远不能满足于工程的实际应用。超声波钎焊作为一种绿色,高效的镁合金钎焊方法,主要利用超声波的空化作用,去除镁合金表面氧化膜,从而实现无钎剂快速连接。本文对Sn-30Zn (wt%)、48%Mg-43%Zn-9%Al (wt%)及47.4%Mg-52%Zn-0.6%Sn(wt%)三种钎料性能及超声波钎焊工艺进行了研究。在研究中利用差热分析、显微组织观察、XRD、SEM及EDS等手段,对钎料性能和钎焊工艺(包括超声波作用时间、保温时间及冷却速度工艺)进行研究及优化,建立相应的超声波钎焊模型。本文主要研究内容如下：1、Sn-30Zn钎料通过超声波辅助作用可以实现在大气中铺展。Sn-30Zn钎料在350℃进行超声波钎焊,根据各工艺的钎缝组织特点,建立Sn-30Zn钎料超声波钎焊模型。钎缝与母材界面处存在脆性的Mg2Sn层,是Sn-30Zn超声波钎焊接头失效的主要原因。而超声波作用时间和保温时间增加均会增加Mg2Sn层宽度,导致接头强度降低。2、自主设计并制备了两种镁合金低温镁基钎料,即48%Mg-43%Zn-9%Al(wt%)钎料和47.4%Mg-52%Zn-0.6%Sn (wt%)钎料,其熔点分别为340.3℃和339.8℃,均适合镁合金的低温软钎焊。3、Mg-Zn-Al钎料枝晶体为Mg32(Al,Zn)49相,枝晶间隙为层片状的a-Mg+MgZn共晶相。对Mg-Zn-Al钎料在400℃进行超声波钎焊,钎缝中心主要由弥散分布的块状Mg32 (Al,Zn)49相和层片状的α-Mg+Mg7Zn3共晶组织组成。根据其组织特点,建立起超声波作用对a-Mg的溶解模型。Mg-Zn-Al钎料的接头为脆性接头,剪切时在钎缝中心发生断裂。4、Mg-Zn-Sn钎料均匀化处理后主要由块状的MgZn相和层片状的a-Mg+MgZn共析组织组成。Mg-Zn-Sn钎料在QJ201钎剂作用下铺展对母材的溶蚀严重,而超声波作用下溶蚀深度明显减小。对Mg-Zn-Sn钎料进行超声波钎焊,在相同的钎焊工艺下,超声波作用10s时钎焊剪切接头强度最高。Mg-Zn-Sn钎料焊缝冷却速度小时,钎缝中心晶粒粗大；而加快冷却速度可得到非常致密的层片状共晶组织,接头强度明显提高。Mg-Zn-Sn钎料接头保温时间增加,会发生晶间渗透现象,对接头不利。Mg-Zn-Sn钎料最佳钎焊工艺为超声波作用10s,保温0min,对接头进行快速冷却。
【关键词】：Sn-30Zn钎料 Mg-Zn-Al钎料 Mg-Zn-Sn 超声波钎焊 钎焊工艺优化
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG425;TG454
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景及意义11
• 1.2 镁合金应用及焊接研究现状11-17
• 1.2.1 镁合金应用现状11-13
• 1.2.2 镁合金焊接工程应用及研究开发现状13-17
• 1.3 镁合金钎焊研究现状17-23
• 1.3.1 超声波钎焊研究现状17-21
• 1.3.2 镁合金钎焊研究现状21-23
• 1.4 研究内容及技术路线23-25
• 1.4.1 研究内容23
• 1.4.2 技术路线23-25
• 第2章 实验材料及方法25-32
• 2.1 实验材料25-26
• 2.1.1 镁合金基材25-26
• 2.2 钎料化学成分设计与制备26-27
• 2.2.1 钎料成分设计26
• 2.2.2 钎料熔炼及制备26-27
• 2.3 超声波钎焊设备27
• 2.4 实验方法27-29
• 2.4.1 钎料润湿铺展实验27-28
• 2.4.2 钎焊实验28-29
• 2.5 分析测试方法29-32
• 第3章 Sn-30Zn钎料及钎焊接头性能研究32-43
• 3.1 Sn-Zn钎料简介32
• 3.2 Sn-30Zn钎料性能研究32-33
• 3.2.1 钎料组织及XRD分析32-33
• 3.2.2 钎料DSC分析33
• 3.3 Sn-30Zn钎料铺展实验33-35
• 3.4 Sn-30Zn钎料超声波钎焊及工艺研究35-41
• 3.4.1 Sn-30Zn钎焊接头组织分析36-40
• 3.4.2 Sn-30Zn钎焊接头硬度分析40
• 3.4.3 Sn-30Zn钎焊接头强度及断口分析40-41
• 3.5 本章小结41-43
• 第4章 Mg-Zn-Al钎料及钎焊接头性能研究43-55
• 4.1 Mg-Zn-Al钎料简介43
• 4.2 Mg-Zn-Al钎料性能研究43-46
• 4.2.1 Mg-Zn-Al钎料组织及XRD分析43-45
• 4.2.2 Mg-Zn-Al钎料DSC分析45-46
• 4.3 Mg-Zn-Al钎料超声波钎焊及工艺研究46-54
• 4.3.1 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Al接头组织47-52
• 4.3.2 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Al接头硬度分析52-53
• 4.3.3 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Al接头强度及断口分析53-54
• 4.4 本章小节54-55
• 第5章 Mg-Zn-Sn钎料及钎焊接头性能研究55-75
• 5.1 Mg-Zn-Al钎料简介55
• 5.2 Mg-Zn-Sn钎料性能分析55-60
• 5.2.1 钎料组织及XRD分析55-60
• 5.2.2 钎料DSC分析60
• 5.3 Mg-Zn-Sn钎料润湿铺展60-62
• 5.3.1 钎剂铺展实验60-61
• 5.3.2 超声波辅助铺展实验61-62
• 5.4 Mg-Zn-Sn钎料超声波钎焊及工艺研究62-73
• 5.4.1 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Sn接头组织分析62-66
• 5.4.2 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Sn接头XRD、SEM及EDS分析66-68
• 5.4.3 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Sn接头显微硬度分析68-70
• 5.4.4 不同钎焊工艺的Mg-Zn-Sn接头剪切强度及断口分析70-73
• 5.5 三种钎料钎焊性能对比73
• 5.6 本章小节73-75
• 结论75-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果80-81
• 致谢81

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