合金元素对Sn-9Zn钎料钎焊6061铝合金的影响

发布时间：2017-08-04 09:27

  本文关键词：合金元素对Sn-9Zn钎料钎焊6061铝合金的影响

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【摘要】：钎焊作为一种古老的焊接方式被广泛应用,传统的Sn-Pb合金钎料由于Pb的毒性和各国禁Pb法令的出台使其使用受到限制。Sn-Zn系无铅钎料由于熔点和成本低、力学性能好有望代替传统钎料。然而,Zn在高温环境下易氧化而且润湿性能也较差的特性制约其应用。试验通过添加第三种元素铜和镧铈稀土用合金化的方式改善Sn-Zn钎料的不足,并考察添加的各元素在钎料中的存在形式。研究结果表明:添加Cu元素于Sn-9Zn合金钎料形成化合物后改善了基体钎料组织,Cu弥散分布于Sn-Zn钎料基体中,铜与锌固溶形成第二相,细化组织、阻止富锌相的长大和降低钎料的氧化。经XRD衍射分析发现:加入Cu后,钎料中有Cu Zn、Cu6Sn5和Cu5Zn8生成,而且并非Cu与Sn和Zn生成化合物的比例与添加Cu的质量分数成正比关系,而是在Cu添加量大于0.7%时生成化合物量增加缓慢;Cu的加入并没有以单质的形式存在,而以低熔点化合物的形式存在。对焊接接头分析发现随着Cu的加入,钎料中富锌相和溶解扩散区胞状铝的固溶体呈先变小后长大的趋势,铜含量在0.3%为其分界点;焊接接头良好,剪切试验得出铜含量在0.3%时较佳,抗剪切强度提高150%,断口主要以韧性断裂为主。断裂源在富锌相,铜锌固溶体形成的第二相提高了钎料强度。通过电化学腐蚀实验得出Cu的加入降低了耐腐蚀性能,铜的化合物成为易腐蚀源,对腐蚀产生的裂纹创造了条件。通过固溶时效的方法将镧铈合金加入Sn-9Zn-0.3Cu。结果改善了钎料组织,减缓富铜相的团聚,细化晶界中的富锌相,阻止Cu6Sn5的产生;镧铈合金的加入对富锌相的影响较小,降低了铝向钎料的溶解,增大了钎料向铝工件的扩散,使得钎料与铝件吸附更加牢靠;经XRD分析衍射峰向左发生了偏移,Sn元素的晶格发生了变化;焊接接头良好,剪切试验得出RE含量在0.2%时较佳,抗剪切强度提高11%。断裂面都发生在钎料中,随着RE从0.1%增加到0.2%出现典型的韧性断裂,添加量在0.4%RE时有大量的β-Sn产生,而且钎料氧化严重。
【关键词】：Sn-9Zn无铅钎料 6061铝合金 Cu 稀土 剪切强度
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TG454
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.2 无铅钎焊的研究现状7-8
• 1.3 铝合金钎焊技术概述8-10
• 1.3.16061 铝合金概述8
• 1.3.2 铝合金焊接的途径8-9
• 1.3.3 钎焊在铝合金焊接中的应用9-10
• 1.3.4 铝用无铅软钎料要求10
• 1.3.5 铝用软钎料分类及特点10
• 1.4 Sn-9Zn系无铅钎料的发展10-14
• 1.4.1 Sn-9Zn系无铅钎料的优越性10-12
• 1.4.2 Sn-Zn系软钎料存在的问题12
• 1.4.3 通过合金化对Sn-Zn系钎料的研究12-14
• 1.5 铝用软钎剂的选择14
• 1.6 课题意义及研究内容14-16
• 第二章 试验材料与方法16-27
• 2.1 材料的选择与制备16-20
• 2.1.1 原材料的选择16-17
• 2.1.2 合金成分设计17-18
• 2.1.3 钎剂18-19
• 2.1.4 焊接工艺19-20
• 2.2 钎焊工艺参数的选择20-22
• 2.2.1 钎焊温度20-21
• 2.2.2 保温时间21
• 2.2.3 加热速度和冷却速度21
• 2.2.4 钎焊母材的焊前表面处理21-22
• 2.2.5 焊件焊后处理22
• 2.3 组织及相分析22-23
• 2.3.1 金相显微分析22
• 2.3.2 X-衍射分析22-23
• 2.4 钎料润湿性实验23-25
• 2.5 钎料耐腐蚀试验25-26
• 2.6 钎料显微硬度实验26
• 2.7 钎焊接头强度力学性能试验26-27
• 第三章 添加Cu对Sn-9Zn钎料钎焊6061铝合金接头组织和性能的影响27-43
• 3.1 钎料铺展性试验结果与分析27-28
• 3.2 钎料的物相分析28-30
• 3.3 钎料组织分析30-31
• 3.4 焊接接头组织分析31-34
• 3.5 钎焊接头抗剪切强度34-35
• 3.6 显微硬度分析35-36
• 3.7 对钎料的电化学分析36-38
• 3.8 添加Cu后对Sn-9Zn钎料的影响机理38-42
• 3.8.1 用化学亲和力分析金属间化合物38-39
• 3.8.2 热力学论证钎焊时金属间化合物的存在形式39-41
• 3.8.3 Sn-9Zn-xCu钎焊6061铝合金时的演变过程41-42
• 3.9 本章小结42-43
• 第四章 稀土对Sn-9Zn-0.3Cu钎料钎焊6061铝合金的影响43-52
• 4.1 钎料润湿性实验43-44
• 4.2 钎料和接头的组织分析44-46
• 4.3 钎料的X射线物相分析46-47
• 4.4 焊件的抗剪切强度分析47-49
• 4.5 钎料的显微硬度测试结果49
• 4.6 添加镧铈合金对Sn-9Zn-0.3Cu焊接时的机理分析49-51
• 4.7 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 攻读学位期间发表的学术论文目录58

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 徐德生,邱小明,张莉,李世权,李征祥;合金元素对含稀土低锡钎料抗氧化性和润湿性的影响[J];吉林工业大学学报;1997年02期

2 王珏;船舶用铝合金材料（船用铝合金介绍系列文章之二）[J];轻金属;1994年06期

3 夏志东,穆楠,史耀武;锡锌钎料的腐蚀行为[J];中国腐蚀与防护学报;2003年04期

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本文编号：618837