表面纳米强化6063铝合金散热冷板扩散焊工艺及性能研究
发布时间：2021-12-02 10:25
窄通道散热冷板具有结构紧凑、流道分布复杂、焊接面积大的特点,扩散焊技术在散热冷板方面有其独特的优势,既能保证焊接的均匀一致性,又能有效控制变形量,因此扩散焊是散热冷板连接的关键技术。鉴于可热处理强化的6063铝合金具有耐腐蚀性强、密度小、比强度高、良好的加工成型性等优势,本文采用综合性能较好的6063铝合金为母材,分别进行瞬间液相扩散焊和固相扩散焊,研究工艺参数对接头微观组织和力学性能的影响规律。为了进一步改善扩散焊连接工艺,本文通过超声表面滚压（Ultrasonic Surface Rolling Processing,USRP）对6063铝合金进行表面纳米化处理,并研究了超声表面滚压处理对扩散焊接头组织和抗拉强度的影响及TLP接头的连接机理。研究表明,在纯Cu作中间层的TLP接头中,当加热温度为560℃,保温时间为60 min时,接头抗拉强度达到最大值为44.50 Mpa;在不加中间层的固相扩散焊接头中,当加热温度为540℃,保温时间为100 min时,接头抗拉强度达到最大值为125.7 Mpa,约为同种热处理条件下母材抗拉强度的91.6%。在一定温度范围内,两种扩散焊接头的抗拉强...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瞬间液相扩散焊连接过程示意图（a）中间层熔化；（b）母材溶解；（c）
第1章绪论9生不良冶金反应，生成有害金属间化合物。（2）一般熔点低于母材，且容易发生塑性变形。（3）考虑与母材的兼容性。同种铝及铝合金TLP焊接，通常直接选用纯铜箔作为中间层材料[42-46]，根据Al-Cu二元相图（图1.2所示），在加热温度达到546℃附近，形成瞬间液相，这里铜起到了降低铝合金熔点的作用。此外，TLP焊接方法对铝合金表面要求不那么严格[47]，液相膜有一定的“自清净”能力，即这层瞬间液相薄膜有破碎铝表面致密氧化膜的作用。但是从实际研究结果表明，Cu主要以破膜为主，不能达到去除氧化膜的效果，氧化物在连接界面影响母材表面实际接触面积，降低连接可靠性[48]。图1.2Al-Cu二元相图Fig.1.2Al-Cubinaryphasediagram.瞬间液相扩散焊与钎焊有很多相同点，但却是两种不同的焊接方法。相同的是：二者在焊接过程中均处在低于母材熔点的温度，都借助除母材外的第三种材料完成焊接，对TLP来说是中间层材料（纯金属或合金），钎焊则称之为钎料或钎剂。虽然TLP和钎焊的焊接操作过程相似，但第三种材料熔化的作用机理是不同的。钎焊中仅靠钎料熔化润湿、铺展、填充待焊母材表面间隙，随着元素不断扩散和降温凝固实现连接，整个过程母材完全不发生熔化。瞬间液相扩散焊的中间层材料中含有降熔元素，熔化的中间层与母材间原子相互扩散，降熔元素进入母材，促使母材表面微区熔化，经过等温凝固过程后形成可靠连接。因此，瞬间液相扩散焊又被称为活性钎焊[49]。1.4.2真空固相扩散焊固态扩散焊连接过程如图1.3所示。金属材料表面实际上不是高度平整的，
吉林大学硕士学位论文10是凹凸不平的，因此扩散焊首先进入工件凹凸不平的初始接触阶段，如图1.3(a)所示，待焊界面只有很少的区域接触，实际有效接触面积是名义接触面积的1/1000~1/100，是点和点的接触。施加一定的焊接压力后，焊件进入接触塑性变形阶段，微观不平的表面，在外加压力和加热温度的共同作用下，总有一些区域的应力大于基体材料的屈服极限，产生局部塑性变形，如图1.3(b)，待焊面上的接触面积明显增加，从点与点的接触演变成面与面的接触。在压力的持续作用下，扩散界面由于塑性变形产生了一系列缺陷，如空位、晶格畸变、大量位错等，从而促进了原子扩散的进行，焊件进入到原子互扩散和界面迁移阶段，这个阶段一般要持续几分钟到几十分钟，如图1.3(c)。此时接头连接并不牢靠，还需要进一步保温，使接头进入界面和孔洞消失阶段，形成可靠冶金结合，如图1.3(d)所示。这几个过程相互交叉进行，连接过程中可生成固溶体，有时形成金属间化合物，通过扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合，形成可靠连接。图1.3真空固相扩散焊连接机制模型示意图（a）凹凸不平的初始接触；（b）变形和交界面的形成；（c）晶界迁移和再结晶；（d）体积扩散，微孔消除Fig.1.3Schematicdiagramofvacuumsolid-phasediffusionweldingconnectionmechanismmode.1.5超声表面滚压纳米化技术表面晶粒纳米化技术是指通过一定的工艺方法，能够在材料最表面获得一层细小晶粒的过程，晶粒尺寸在纳米级范围（小于100nm）内，且不改变材料的组织成分与结构。材料获取纳米层的方法主要有表面涂层或沉积和塑性加工变形
【参考文献】：
期刊论文
[1]微通道冷板钎焊成形流道堵塞缺陷控制研究[J]. 陈永盛,金恒林,陶亚平. 焊接技术. 2019(09)
[2]Cu-Al金属间化合物的形成与生长及其对电镀Cu/Al层状复合材料电性能的影响（英文）[J]. 张健,王斌昊,陈国宏,王若民,缪春辉,郑治祥,汤文明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(12)
[3]一种高效散热冷板的设计[J]. 黄飞,娄开胜. 机械工程师. 2016(12)
[4]TLP及钎焊连接过程中基体金属溶解研究进展[J]. 黄永德,仵艳影,曾志强. 热加工工艺. 2016(23)
[5]高效散热窄通道铝合金冷板扩散焊接及成型技术研究[J]. 杨鑫鑫,侯凯. 制导与引信. 2016(01)
[6]熔化极气体保护焊的保护气体种类及熔滴过渡形式[J]. 邵辉. 科技风. 2015(18)
[7]7020铝合金MIG焊焊接接头的组织与性能[J]. 彭小燕,曹晓武,段雨露,陈举飞,徐国富,尹志民. 中国有色金属学报. 2014(04)
[8]5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析[J]. 陈澄,薛松柏,孙乎浩,林中强,李阳. 焊接学报. 2014(01)
[9]铝及铝合金TIG焊接特性[J]. 殷春喜,黄军庆,熊震东,贾翠催. 热加工工艺. 2011(01)
[10]铝合金搅拌摩擦焊研究现状[J]. 王廷,刘会杰,冯吉才. 航空制造技术. 2009(20)
博士论文
[1]金属表面超声滚压加工理论及表层力学性能研究[D]. 刘宇.天津大学 2012
硕士论文
[1]5083铝合金搅拌摩擦焊接试验研究[D]. 陈舟.西南交通大学 2013
本文编号：3528254
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
瞬间液相扩散焊连接过程示意图（a）中间层熔化；（b）母材溶解；（c）
第1章绪论9生不良冶金反应，生成有害金属间化合物。（2）一般熔点低于母材，且容易发生塑性变形。（3）考虑与母材的兼容性。同种铝及铝合金TLP焊接，通常直接选用纯铜箔作为中间层材料[42-46]，根据Al-Cu二元相图（图1.2所示），在加热温度达到546℃附近，形成瞬间液相，这里铜起到了降低铝合金熔点的作用。此外，TLP焊接方法对铝合金表面要求不那么严格[47]，液相膜有一定的“自清净”能力，即这层瞬间液相薄膜有破碎铝表面致密氧化膜的作用。但是从实际研究结果表明，Cu主要以破膜为主，不能达到去除氧化膜的效果，氧化物在连接界面影响母材表面实际接触面积，降低连接可靠性[48]。图1.2Al-Cu二元相图Fig.1.2Al-Cubinaryphasediagram.瞬间液相扩散焊与钎焊有很多相同点，但却是两种不同的焊接方法。相同的是：二者在焊接过程中均处在低于母材熔点的温度，都借助除母材外的第三种材料完成焊接，对TLP来说是中间层材料（纯金属或合金），钎焊则称之为钎料或钎剂。虽然TLP和钎焊的焊接操作过程相似，但第三种材料熔化的作用机理是不同的。钎焊中仅靠钎料熔化润湿、铺展、填充待焊母材表面间隙，随着元素不断扩散和降温凝固实现连接，整个过程母材完全不发生熔化。瞬间液相扩散焊的中间层材料中含有降熔元素，熔化的中间层与母材间原子相互扩散，降熔元素进入母材，促使母材表面微区熔化，经过等温凝固过程后形成可靠连接。因此，瞬间液相扩散焊又被称为活性钎焊[49]。1.4.2真空固相扩散焊固态扩散焊连接过程如图1.3所示。金属材料表面实际上不是高度平整的，
吉林大学硕士学位论文10是凹凸不平的，因此扩散焊首先进入工件凹凸不平的初始接触阶段，如图1.3(a)所示，待焊界面只有很少的区域接触，实际有效接触面积是名义接触面积的1/1000~1/100，是点和点的接触。施加一定的焊接压力后，焊件进入接触塑性变形阶段，微观不平的表面，在外加压力和加热温度的共同作用下，总有一些区域的应力大于基体材料的屈服极限，产生局部塑性变形，如图1.3(b)，待焊面上的接触面积明显增加，从点与点的接触演变成面与面的接触。在压力的持续作用下，扩散界面由于塑性变形产生了一系列缺陷，如空位、晶格畸变、大量位错等，从而促进了原子扩散的进行，焊件进入到原子互扩散和界面迁移阶段，这个阶段一般要持续几分钟到几十分钟，如图1.3(c)。此时接头连接并不牢靠，还需要进一步保温，使接头进入界面和孔洞消失阶段，形成可靠冶金结合，如图1.3(d)所示。这几个过程相互交叉进行，连接过程中可生成固溶体，有时形成金属间化合物，通过扩散、再结晶等过程形成固态冶金结合，形成可靠连接。图1.3真空固相扩散焊连接机制模型示意图（a）凹凸不平的初始接触；（b）变形和交界面的形成；（c）晶界迁移和再结晶；（d）体积扩散，微孔消除Fig.1.3Schematicdiagramofvacuumsolid-phasediffusionweldingconnectionmechanismmode.1.5超声表面滚压纳米化技术表面晶粒纳米化技术是指通过一定的工艺方法，能够在材料最表面获得一层细小晶粒的过程，晶粒尺寸在纳米级范围（小于100nm）内，且不改变材料的组织成分与结构。材料获取纳米层的方法主要有表面涂层或沉积和塑性加工变形
【参考文献】：
期刊论文
[1]微通道冷板钎焊成形流道堵塞缺陷控制研究[J]. 陈永盛,金恒林,陶亚平. 焊接技术. 2019(09)
[2]Cu-Al金属间化合物的形成与生长及其对电镀Cu/Al层状复合材料电性能的影响（英文）[J]. 张健,王斌昊,陈国宏,王若民,缪春辉,郑治祥,汤文明. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2016(12)
[3]一种高效散热冷板的设计[J]. 黄飞,娄开胜. 机械工程师. 2016(12)
[4]TLP及钎焊连接过程中基体金属溶解研究进展[J]. 黄永德,仵艳影,曾志强. 热加工工艺. 2016(23)
[5]高效散热窄通道铝合金冷板扩散焊接及成型技术研究[J]. 杨鑫鑫,侯凯. 制导与引信. 2016(01)
[6]熔化极气体保护焊的保护气体种类及熔滴过渡形式[J]. 邵辉. 科技风. 2015(18)
[7]7020铝合金MIG焊焊接接头的组织与性能[J]. 彭小燕,曹晓武,段雨露,陈举飞,徐国富,尹志民. 中国有色金属学报. 2014(04)
[8]5083铝合金TIG焊接头组织与性能分析[J]. 陈澄,薛松柏,孙乎浩,林中强,李阳. 焊接学报. 2014(01)
[9]铝及铝合金TIG焊接特性[J]. 殷春喜,黄军庆,熊震东,贾翠催. 热加工工艺. 2011(01)
[10]铝合金搅拌摩擦焊研究现状[J]. 王廷,刘会杰,冯吉才. 航空制造技术. 2009(20)
博士论文
[1]金属表面超声滚压加工理论及表层力学性能研究[D]. 刘宇.天津大学 2012
硕士论文
[1]5083铝合金搅拌摩擦焊接试验研究[D]. 陈舟.西南交通大学 2013
本文编号：3528254
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