Sn、Cu元素对Zn、10Al钎料合金组织及性能的影响

发布时间：2017-10-13 16:03

  本文关键词：Sn、Cu元素对Zn、10Al钎料合金组织及性能的影响

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【摘要】：铜铝异种金属接头具有质量轻、材料省、价格低,综合性能优等优点,在电机、变压器导电零件的制造中得到广泛的应用。但是纯铜和纯铝之间存在较大的物理和化学性能差异,如熔化温度、熔化潜热、线膨胀系数等,并且铜和铝之间有较高的化学亲和力,易生成脆性的金属间化合物,要实现铜铝异种金属的可靠连接存在较大困难。本文以Zn-10Al钎料合金做为基本合金系,添加不同量的Sn和Cu元素对T2紫铜板和1060纯铝板进行炉中钎焊。采用OM、SEM、EDS、XRD、DSC等检测手段,研究钎料合金以及钎焊接头显微组织、力学性能、焊接性能。结果表明:加入适量的Sn和Cu元素可以改善钎料合金的铸态显微组织,提高组织的均匀性。当Sn元素添加量为12.0wt.%时,钎料合金中树枝晶消失。在Sn元素添加量为12.0wt.%基础上,加入2.0wt.%的Cu元素时,有少量弥散分布的Cu Zn4相生成。继续增加Cu元素添加量,Cu Zn4相变的粗大,呈树枝状分布,增加了组织的不均匀性,消弱了钎料合金的韧性。Sn元素可以使钎料合金的吸热峰向左偏移,降低钎料合金的液固相线温度。当Sn元素添加量为16.0wt.%时,峰值温度降低了22℃。Cu元素对钎料合金的固相线温度影响不大,使液相线温度升高,当Cu元素添加量为4.0wt.%时,钎料合金的固相线和液相线温度分别为325.2℃和383.6℃,液相线温度提高了10℃。Sn和Cu元素都会使钎料合金的液固相温度区间变宽。钎料合金在铝板上的铺展面积随着Sn和Cu元素添加量的增加呈逐渐增加的趋势;在铜板上的铺展面积随着Sn元素添加量的增加先增大后减小,随着Cu元素添加量的增加呈逐渐减小的趋势。当Sn元素添加量为12.0wt.%时,钎料合金在铜母材上的铺展面积为122mm2。Cu元素添加量为4.0wt.%时,钎料合金在铜母材上的铺展面积为91.99mm2。Sn和Cu元素能够细化焊缝中的树枝晶,改善钎料合金与铜母材之间的冶金结合。钎焊接头的抗剪切强度随着Sn和Cu元素添加量的增加呈先增大后减小的趋势。当Sn元素添加量为12.0wt.%时,钎焊接头的抗剪切强度达到最大值,为53MPa,提高了35%。当Cu元素添加量为2.0wt.%时,钎焊接头的抗剪切强度达到最大值,为60.49MPa。钎焊接头的断裂宏观上表现为脆性断裂。当Sn元素添加量为12.0wt.%时,断口局部区域有浅韧窝出现。Sn元素添加量为12.0wt.%的基础上加入2.0wt.%的Cu元素时,断口中出现较多的韧性断裂区域,分布比较均匀,韧窝较深。继续增加Cu元素添加量,断口发生沿晶断裂,断口比较平整。综上所述,在Zn-10Al钎料合金中加入12.0wt.%的Sn元素和2.0wt.%的Cu元素时,钎料合金的综合性能最优。
【关键词】：Zn-10Al钎料合金 锡 铜 显微组织 力学性能 焊接性能
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG425
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-24
• 1.1 选题背景13-16
• 1.1.1 铜、铝基本性能以及铝代铜13-14
• 1.1.2 铜铝异种金属连接研究现状14-16
• 1.2 钎焊技术16-18
• 1.2.1 钎焊加工原理16-18
• 1.2.2 钎料18
• 1.2.3 钎剂18
• 1.3 铜铝异种金属钎焊研究现状18-21
• 1.4 研究内容及意义21-24
• 1.4.1 研究内容21-22
• 1.4.2 研究目的及意义22
• 1.4.3 技术路线22-24
• 2 试验过程及试验方法24-33
• 2.1 钎料合金成分设计24
• 2.2 试验材料及设备24-26
• 2.2.1 试验材料24-25
• 2.2.2 试验设备和试验工具25-26
• 2.3 锌基钎料的熔炼26-28
• 2.4 钎焊试验28-29
• 2.4.1 钎焊方法28
• 2.4.2 钎剂28
• 2.4.3 钎焊工艺28-29
• 2.5 组织分析29-30
• 2.5.1 金相试样制备29
• 2.5.2 显微组织观察29
• 2.5.3 扫描电子显微镜以及EDS分析29
• 2.5.4 XRD分析29-30
• 2.6 性能测试30-33
• 2.6.1 DSC测试试验30
• 2.6.2 润湿性试验30-31
• 2.6.3 剪切强度试验31-33
• 3 Sn对Zn-10Al钎料合金显微组织及性能的影响33-45
• 3.1 Sn对Zn-10Al钎料合金显微组织的影响33-40
• 3.1.1 Zn-10Al钎料合金的显微组织33-36
• 3.1.2 Zn-10Al-xSn钎料合金的显微组织36-40
• 3.2 Sn对Zn-10Al钎料合金性能的影响40-43
• 3.2.1 Sn对Zn-10Al钎料合金熔化特性的影响40-42
• 3.2.2 Sn对Zn-10Al钎料合金铺展性能的影响42-43
• 3.3 本章小结43-45
• 4 Sn对Zn-10Al钎料钎焊接头显微组织及性能的影响45-57
• 4.1 Sn对Zn-10Al钎料钎焊接头显微组织的影响45-51
• 4.1.1 Zn-10Al钎料合金钎焊接头的显微组织45-47
• 4.1.2 Sn元素对Zn-10Al钎料钎焊接头显微组织的影响47-51
• 4.2 Zn-10Al-xSn钎料钎焊接头剪切强度以及断面形貌分析51-55
• 4.2.1 Sn元素对Zn-10Al钎料钎焊接头剪切强度的影响51-52
• 4.2.2 Zn-10Al-xSn钎料钎焊接头断裂机理分析52-55
• 4.3 本章小结55-57
• 5 Cu对Zn-10Al-12Sn钎料显微组织及性能的影响57-75
• 5.1 Zn-10Al-12Sn-xCu钎料显微组织57-61
• 5.2 Cu对Zn-10Al-12Sn钎料性能的影响61-64
• 5.2.1 Zn-10Al-12Sn-xCu钎料熔化特性61-63
• 5.2.2 Zn-10Al-12Sn-xCu钎料润湿性能63-64
• 5.3 Cu对Zn-10Al-12Sn钎料钎焊接头组织的影响64-69
• 5.4 Cu对Zn-10Al-12Sn钎料钎焊接头剪切强度的影响69-71
• 5.5 Zn-10Al-12Sn-xCu钎料钎焊接头断面分析71-73
• 5.6 本章小结73-75
• 6 结论75-77
• 参考文献77-81
• 个人简历、在校期间发表的学术论文及研究成果81-82
• 致谢82

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