方斌[1]2016年在《CuP基非晶钎料的制备及钎焊性能研究》文中研究表明CuP基钎料广泛应用于铜及铜合金的连接,其价格低廉。铜中加入P能大大降低铜的熔点,且P在钎焊中起到自钎剂作用和改善钎料对铜的润湿性。但CuP基钎料难以加工成型,并且对黑色金属的润湿性差,这些都大大限制了铜磷钎料的发展。本文通过优化合金成分,设计了五种不同成分的CuP基钎料合金。在真空炉中将纯金属熔炼成钎料合金,并利用单辊甩带装置将其加工成非晶条带钎料,解决其加工成型的问题。中对非晶钎料条带与铸态钎料以及商用钎料做对比试验,利用差示扫描量热法(DSC)进行熔化特性测试,分析其熔化温度及熔化区间的变化规律,同时还可以对比分析出不同合金元素对非晶钎料形成能力的影响。在真空炉中进行润湿和钎焊实验,通过润湿后的铺展面积来对比润湿性,使用多种现代分析测试方法对钎料以及钎焊接头的组织性能进行测试对比。试验结果表明:Cu70.6P14Ni11Sn4Si0.4、Cu72.6P14Ni9Sn4Si0.4、Cu_(68.6)P_(14)Ni_(13)Sn_4Si_(0.4)、Cu_(71.6)P_14Ni_(11)Sn_3Si_(0.4)和Cu69.6P14Ni11Sn5Si0.4五种CuP基钎料合金制成的非晶条带表面光滑、厚度均匀和具有良好的柔韧性;非晶钎料相比铸态钎料而言,其熔化温度更低,固液相线温度差也更小。合金中随着Sn和Ni含量的增加,使钎料熔化温度区间更窄;相同钎焊工艺条件下,非晶钎料的润湿性比铸态钎料的润湿性好。钎焊温度以及钎焊时间的改变会大大影响钎料的润湿性,随着钎焊温度的提高和钎焊时间的延长,Cu-P基钎料的润湿性能呈现出先上升后下降的趋势。商用钎料的钎缝与母材形成冶金结合,焊缝缺陷少。对于钎焊形成的钎缝分为扩散区、界面区以及钎缝中心区叁个区域。商用钎料HL201的钎缝中心区主要由Cu-P化合物和а-Cu固溶体共同组成,商用钎料HL205和HL204的钎缝中心主要由α-Cu固溶体和Cu-P化合物以及少量的Ag相共同组成。非晶钎料钎焊接头形成很好的冶金结合,同样分为扩散区、界面区以及钎缝中心区叁个部分,α-Cu固溶体构成了钎缝的扩散区和界面区的主要组织,α-Cu固溶体与Cu3P、Ni3P等化合物共同组成钎缝中心区的组织形貌。焊接接头的硬度分布呈现一定的规律,基材是铜的固溶体组织,表面硬度最低,界面区的硬度略高于基材,但钎缝中心区的硬度分布不均匀,有硬度较小的固溶体组织和硬度大的相。非晶钎料的剪切强度小于商用钎料,但能满足一般使用要求,且随着保温时间的增加和钎焊温度的升高,非晶钎焊接头剪切的强度先上升后下降。
王磊[2]2010年在《Cu-P基非晶钎料性能及钎焊机理的研究》文中研究表明银基钎料的熔点适中,工艺性好,并具有良好的强度、韧性、导电性、导热性和抗腐蚀性,是应用极广的硬钎料.但是大多数银基钎料都含有毒元素镉,而且成本很高.为了避免污染环境,降低成本,代银钎料一直是国内外钎焊领域的研究前沿和热点,具有较大的经济效益和社会效益。传统铜磷钎料的熔点低、流动性好,钎焊温度接近银钎料。能很好地润湿铜及其合金,钎料中的P还可以还原氧化铜,还原后生成的氧化物成液态覆盖于金属表面防止氧化。因此钎焊铜时可不用钎剂,钎焊接头具有较高的强度及导电性,且接头的脆性比钎料本身小,是500～800℃温度范围内钎焊铜及铜合金取代银基钎料的理想材料。但传统铜磷钎料含P量均在5%以上,由于含磷量高,钎料基体中含有大量的脆性化合物Cu3P,导致钎料在室温呈脆性,接头强度和韧性比银基钎料差很多,钎料加工困难,用传统方法很难制成箔带;另一方面,磷铜钎料不耐硫化腐蚀,对黑色金属的润湿性差,且与Fe和Ni等元素作用生成脆性相,因此其应用范围受到了限制。实际生产中需要一种钎焊性能更好的铜磷基钎料。如何在保持铜磷钎料现在优点的基础上,进一步改善其性能,尤其是室温脆性和可成型性,以扩大其应用范围,是钎料发展的一个方向。采用快速凝固技术制取非晶态钎料是获得综合性能优良的Cu-P钎料的重要手段之一,而且可使工艺大为简化。非晶钎料熔点比普通钎料熔点低,焊缝的抗拉强度和冲击强度优于含银钎料,所以不但用于普通铜和铜合金的钎焊,还应用于高科技领域中要求高精度、高可靠性的焊接场合。美日等发达国家已将其取代传统钎料,做为新一代钎料广泛用于航天、航空、电子、能源、交通、军工、汽车和民用等工业领域。但与发达国家相比,国内目前仍处于落后地位,因此开展铜磷非晶钎料的研究意义深远。本文在理论分析的基础上,设计了几种不同成分的Cu-P基钎料合金,采用单辊急冷装置将其制备成钎料箔带,采用DTA、XRD等分析手段研究了其熔化特性和结构。在上述研究的基础上,选择综合性能较好的急冷钎料钎焊紫铜,研究了钎料成分、结构和钎焊工艺等对急冷钎料在紫铜上润湿性和接头力学性能及微观组织的影响,通过非晶钎料和晶态钎料的对比,分析了非晶钎料的钎焊机理。试验结果表明:CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2箔带钎料、叁种含Zr系列Cu-P基箔带钎料及CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2B0.03箔带钎料的结构主要为非晶。CuP7.7Sn5.4Ni14Si0.2Zr0.04常规钎料的组织主要由初生(Cu、Ni)3P+(α-Cu+Cu3P)共晶+(α-Cu+Cu3P+δ)共晶组成。急冷钎料和常规钎料相比,润湿性明显提高。添加合金元素Zr与B均对钎料的润湿性起到了有利的影响,其中B的影响效果比较明显。随着钎焊温度的上升及钎料保温时间的延长,钎料的润湿性提高;但过高的钎焊温度和过长的钎焊保温时间,由于P的挥发将导致钎料铺展面积的减小。在相同工艺条件下,非晶钎料钎焊接头的剪切强度均高于常规钎料。过高的钎焊温度与过长的钎焊保温时间均对钎料接头剪切强度有不利影响。钎焊接头主要分钎缝中心区、界面区以及扩散区叁个部分,随钎焊温度提高或保温时间增加,晶态钎料和非晶钎料钎焊接头界面区和扩散区不断增大,母材热影响区和钎缝中心组织也不断粗化。过高的钎焊温度或过长的保温时间,均会使界面区出现脆性相,但非晶钎料这种影响要小得多。研究发现:在相同条件下,非晶钎料和母材的相互作用明显比相应的晶态钎料剧烈,其钎缝界面区与钎缝中心组织明显均匀、细小,各元素中Sn、P元素的扩散能力最强,Ni元素最弱。随钎焊温度提高或保温时间增加,合金元素P、Sn向母材的扩散加剧,有利于得到均匀连续的固溶体界面层,但过高的钎焊温度或过长的保温时间,会导致界面区出现脆性相,降低接头性能。在相同条件下,非晶钎料的钎缝界面区出现脆性的P、Sn化合物的可能性较小。
邹家生, 许祥平, 王磊[3]2011年在《微量B元素对Cu-P基急冷钎料润湿性的影响》文中研究说明采用单辊急冷装置成功制备了叁种成分的Cu-P基合金钎料箔带,采用DTA和XRD等手段分析其熔化特性和结构,并对其在紫铜上的铺展性进行研究.结果表明,和同成分的常规钎料相比,急冷钎料的液固相线温度降低,熔化区间变窄.其中B元素含量0.03%的急冷钎料具有最低的液相线温度和最窄的熔化温度区间.B元素含量为0.02%和0.03%的急冷钎料结构为非晶.在相同工艺条件下,B元素含量为0.03%的急冷钎料在紫铜上的润湿性最好;随着钎焊温度提高或钎焊时间的增加,Cu-P基急冷钎料的润湿性都出现了先增大后减小的趋势;急冷钎料和常规钎料相比,润湿性明显提高.
邹家生, 王磊, 汪成龙[4]2011年在《微量锆对Cu-P基急冷钎料润湿性的影响》文中指出采用单辊急冷装置成功制备了4种成分的Cu-P基合金钎料箔带,利用DTA、XRD等分析其熔化特性和结构,并对它在紫铜上的润湿性进行了研究.结果表明:急冷钎料与常规钎料相比,熔化温度低,熔化温度区间窄,其中WZr为0.04%的急冷钎料具有最低的液相线温度和最窄的熔化温度区间,制备的四种急冷钎料基本上均为非晶.在相同工艺条件下,WZr为0.04%的急冷钎料在紫铜上的润湿性最好;随着钎焊温度提高或钎焊时间的增加,Cu-P基急冷钎料的润湿性都出现了先增大后减小的趋势;急冷钎料和常规钎料相比,润湿性明显提高.
吴晓[5]2011年在《锆基非晶合金微成形技术基础研究》文中研究表明微型零器件在微机电系统(MEMS).通讯、电子、国防、医学等领域具有广阔的应用前景,这些行业的发展对微成形技术(Micro-forming Technology)提出了更高的要求。非晶合金一系列优良性能使其成为最理想的微成形材料之一,因此,非晶微成形技术引起了人们的广泛关注。但人们对非晶材料在微成形过程中的变形和流动特征、尺寸效应的产生机理以及影响因素仍不清晰；非晶合金微成形工艺参数选择、微成形模具的设计与制造理论还很不完善；另外,超塑性微成形是否影响非晶材料组织和性能也不得而知。有鉴于此,本文以锆基非晶合金为对象,系统地开展了非晶合金超塑性微成形技术的基础研究和工艺研究。首先,系统地研究了块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在其过冷液态区内不同温度下的单轴压缩变形行为以及不同载荷模式下的微成形能力。结果表明,其流变特性强烈依赖于温度和应变速率,在690 K的温度下压缩时,该合金过冷液表现出明显的非牛顿流特征,而在690 K以上的过冷液态区内,随着应变速率的增加,Zr55CU30Al10Ni5非晶过冷液的流动特性逐渐由牛顿流向非牛顿流体转变,而且发生这种转变的临界应变速率值随温度的升高而增大,725K时,临界应变速率降到约为10-2s-1。另外,振动载荷能降低非晶合金的流动粘度,提高其微成形能力。增加载荷的振幅或者在低频阶段增加频率都有利于提高非晶合金的微成形能力。选用DEFROM软件,对块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5在过冷液态区内的超塑性微反挤压过程进行了有限元模拟分析。结果表明,随着挤压速度的升高,非晶合金由牛顿流转向非牛顿流体,指出块体非晶合金Zr55Cu30Al10Ni5的最佳微反挤压工艺参数为：温度725 K,挤压速度高于4μm.s-1。在数值模拟研究的指导下,分别选用块体非晶ZrssCu30Al10Ni5和Zr65Cu15Ni10Al10作为实验材料,对不同壁厚的简单杯形零件和变截面叁维复杂零件的微反挤压工艺进行了实验研究,分析了温度、挤压速度等工艺参数对非晶合金的微成形能力以及成形质量的影响规律。成功挤压出外径为2.2 mm,壁厚只有50μm的简单杯形非晶零件以及变截面叁维复杂微型非晶零件,零件的形状和尺寸符合设计要求,表观质量良好。选用非晶合金Zr65Ni10Al10Cu15为实验材料,分别设计了外径为1.2 mm和0.6mm两个系列杯形零件的微反挤压方案,通过理论分析和实验研究,系统地探讨了非晶合金在微反挤压过程中的尺寸效应现象。结果表明,随着坯料尺寸或者零件壁厚的减小,表观粘度单调增加；当零件内外径之比大于0.83后,非晶合金微反挤压成形表现出明显的尺寸效应。进一步分析发现,零件尺寸和壁厚减小引起的比表面积增加,导致微反挤压过程中摩擦、表面能等因素的影响急剧上升,这是产生尺寸效应的根本原因。在泊肃叶方程的基础上,结合尺寸效应分析,推导出计算非晶合金微反挤压成形载荷的理论公式。利用显微维氏硬度计(Vickers Indenter).纳米压痕仪(Nano Indenter)系统地分析了不同尺寸非晶零件在微反挤压成形过程中的变形特征和性能变化。研究发现,对于大壁厚零件,其硬度与铸态非晶合金的硬度接近；而对于薄壁零件,其纳米压痕硬度低于铸态非晶合金。另外,零件纵截面上的显微硬度明显不均匀,杯壁内侧拐角处的硬度最大,而杯口处的硬度最低,相对差值到达14%。分析认为,成形零件的性能变化以及分布不均匀主要是由于非晶坯料在复杂应力状态和局部强烈剪切变形引起的自由体积变化所致。本论文的研究结果为开发非晶合金微成形工艺提供了可靠的理论依据,同时,也为扩大非晶合金的工业化应用范围奠定坚实的理论基础。
参考文献：
[1]. CuP基非晶钎料的制备及钎焊性能研究[D]. 方斌. 安徽工业大学. 2016
[2]. Cu-P基非晶钎料性能及钎焊机理的研究[D]. 王磊. 江苏科技大学. 2010
[3]. 微量B元素对Cu-P基急冷钎料润湿性的影响[J]. 邹家生, 许祥平, 王磊. 焊接学报. 2011
[4]. 微量锆对Cu-P基急冷钎料润湿性的影响[J]. 邹家生, 王磊, 汪成龙. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2011
[5]. 锆基非晶合金微成形技术基础研究[D]. 吴晓. 华中科技大学. 2011
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