镁/钢激光-MIG熔钎焊接头微观组织分析及性能研究

在钢表面电镀20μm的纯铜,以AZ31B镁合金焊丝作为填充材料,采用激光-MIG熔钎焊连接AZ31B镁合金和Q235钢,研究不同参数下熔钎焊接头宏观形貌、微观组织及力学性能。结果表明:在合适的焊接参数下,激光-MIG熔钎焊能得到较好的焊缝表面成型。焊接速度为6 mm/s时,钢侧界面区有3～5μm的界面反应层,且为双层结构。通过EDS和XRD分析,钢侧反应层主要是Al Fe3、Al2Cu3化合物,靠反应层的焊缝区是α-Mg固溶体和Mg2Cu、Al CuMg化合物,焊缝中部为是α-Mg固溶体和Al12Mg17化合物。在最优焊接工艺下,抗拉强度最高,达到188.97 MPa。     

Al基钎料钎焊镁合金AZ31B接头的显微组织及力学性能

为了连接变形镁合金AZ31B,以Al基钎料对变形镁合金AZ31B进行高频感应钎焊。采用扫描电镜、X射线衍射仪、X射线能谱等分析钎焊接头的显微组织及钎缝物相,测试钎焊接头的力学性能及显微硬度。结果表明:在钎焊过程中熔融的Al基钎料与固态的AZ31B母材发生强烈的合金化作用,原始钎料中均一的Mg32(Al,Zn)49相在钎焊后完全消失,同时在钎缝中生成α-Mg、β-Mg17(Al,Zn)12相。钎焊搭接接头的平均抗剪强度达到44MPa,对接接头的平均抗拉强度达到71MPa。接头的断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂产生在β-Mg17(Al,Zn)12硬脆相处。     

超声工艺对镁合金超声辅助钎焊接头组织性能的影响

采用纯Zn箔为中间层,进行了镁合金超声波辅助钎焊试验,分析了超声波作用及不同超声工艺对钎焊接头形貌和剪切强度的影响。结果表明,在超声波振动的作用下,Mg/Zn界面处的氧化膜发生了破碎,促进了Mg-Zn共晶反应的产生。在钎焊温度为490℃时,采用一次超声波辅助钎焊工艺,接头界面有孔隙存在;采用"首次超声+升温+二次超声"的超声工艺,形成了完全由Mg(Zn)固溶体组成的接头,接头界面处各元素成分变化均匀。该接头的剪切强度可达109 MPa,断裂位置位于镁合金母材侧。     

Zn-Ag-Cu钎料超声钎焊AZ31B镁合金/6063铝合金

以Zn-Ag-Cu合金作为钎料,使用Ar气氛保护高频感应加热,并在钎焊过程中施加超声震动辅助,在不使用钎剂的情况下获得镁合金AZ31B与铝合金6063的钎焊接头。使用SEM、EDS、XRD分析钎焊接头的微观结构,并测试了接头的力学性能以及焊缝内各物相的显微硬度。研究表明焊缝内物相组成为Mg-Zn共晶、Zn-Al共晶、颗粒状Al(Zn)或Zn(Al)固溶体以及脆性化合物Al6CuMg4+Cu5Zn8。搭接接头平均剪切强度在50 MPa以上。接头以脆性沿晶断裂为主穿晶断裂为辅。断裂位置位于靠近镁母材与焊缝界面扩散层附近的脆性金属间化合物处。     

Al-Si-Cu-Zn急冷钎料钎焊铝及铝合金的界面结构及强度

采用Al70Si7.5Cu20Zn2.5和Al65Si10Cu20Zn5两种急冷钎料钎焊L2纯铝和6063铝合金,研究钎焊接头的界面微观结构和力学性能.结果表明,急冷钎料钎焊接头由母材、界面区和钎缝中心组成.界面区为αAl固溶体,钎缝中心组织为αAl固溶体 θ(Al2Cu)相 Si相.采用Al65Si10Cu20Zn5急冷钎料钎焊的接头抗剪强度均高于Al70Si-7.5Cu20Zn2.5急冷钎料钎焊的接头强度;匹配氯化物钎剂钎焊的接头强度均高于氟化物钎剂.在相同的工艺条件下,采用急冷钎料钎焊的L2纯铝接头,其抗剪强度都明显高于相应的常规钎料,其增加值在40%左右.     

钎焊温度及保温时间对Sn-30Zn钎料钎焊Mg/Al异种金属组织和性能的影响

采用Sn-30Zn(质量分数,%)钎料对Mg/Al异种金属进行低温钎焊.并利用扫描电子显微镜、电子探针研究了钎焊接头在不同焊接工艺参数下的微观组织演变过程,同时采用维氏硬度仪及万能力学性能试验机对接头的显微硬度和力学性能进行了测试.结果表明,当钎焊温度为330℃,保温时间为5 s时,钎焊接头组织性能较好.接头组织主要分为近镁侧的Mg₂Sn化合物层、近铝侧的Al-Sn-Zn固溶体层、焊缝中心三个区.焊缝中心区以Sn-Zn的过共晶组织为基底,上面弥散分布着Mg₂Sn相,铝基固溶体相.接头的最佳平均剪切强度为60.47 MPa.     

AZ91D镁合金接触反应钎焊试验

将AZ91D镁合金作为研究对象,采用Al-Si-Mg钎料和Zn箔对两种镁合金进行真空钎焊,采用金相显微镜、显微硬度机及能谱仪等表征方法对焊接接头的微观组织、力学性能以及扩散情况进行了分析,探讨不同工艺参数对接头性能的影响,导求AZ91D镁合金钎焊的最佳工艺参数。结果发现,使用Al-Si-Mg钎料作为中间层进行钎焊时,能得到良好冶金结合的焊缝,但宏观焊缝表面会出现溶蚀沟槽;使用Zn箔作为中间层进行钎焊时,会出现非常严重的孔洞缺陷,焊缝区与热影响区的扩散效果不明显,且焊缝表面出现钎缝堆高和未焊合,Zn箔不适宜作为镁合金钎焊的钎料。     

超声波辅助钎焊镁铝异种金属接头微观组织研究

铝合金和镁合金都具有密度小,比强度高等优点,在航天、航空等行业得到了广泛的应用。但这两种金属焊接时极易生成脆性的金属间化合物,使其很难获得性能优良的接头。在钎焊时,如何选择钎料避免有害金属间化合物的生成,是获得铝/镁异种金属优质接头的关键。为此本文选用了Sn基和Zn基两种钎料,在大气下采用超声波辅助钎焊技术进行了6063铝合金/AZ31B镁合金的焊接,通过OM、SEM以及EDS能谱对比分析了两种钎料钎焊接头组织。实验结果表明,采用Sn基钎料,钎焊接头不会生成Mg-Al脆性金属间化合物,钎缝中会溶解Al元素,Al元素以Al基固溶体相和Ag（Al）相形式存在于钎焊接头中,并且在超声波作用时间达到4.5s时,Al元素均匀分布在整个钎缝中。采用Zn基钎料,钎焊接头中有大量脆性Mg/Al金属间化合物生成,同时在钎缝组织晶界处有第二相低熔点Sn颗粒的弥散分布。     

钎焊温度及保温时间对Sn-30Zn钎料钎焊Mg／AI异种金属组织和性能的影响

采用Sn-30Zn（质量分数,％）钎料对Mg/AJ异种金属进行低温钎焊．并利用扫描电子显微镜、电子探针研究了钎焊接头在不同焊接工艺参数下的微观组织演变过程,同时采用维氏硬度仪及万能力学性能试验机对接头的显微硬度和力学性能进行了测试．结果表明,当钎焊温度为330℃,保温时间为5s时,钎焊接头组织性能较好．接头组织主要分为近镁侧的Mg2Sn化合物层、近铝侧的A1．sn—zn固溶体层、焊缝中心三个区．焊缝中心区以Sn—zn的过共晶组织为基底,上面弥散分布着Mg2Sn相,铝基固溶体相．接头的最佳平均剪切强度为60．47MPa．     

钎料元素Al+Zn对镁合金钎焊接头显微组织和抗剪强度的影响

为了研究钎料元素Al+Zn对镁合金钎焊接头显微组织与抗剪强度的影响,以两种Al-Mg-Zn镁合金钎料对变形镁合金AZ31B进行了高频感应钎焊,研究两种Al-Mg-Zn镁合金钎料的显微组织、钎焊接头的显微组织及力学性能。结果表明:随着钎料中Al+Zn元素含量(质量分数)的增加,钎料的固相线和液相线温度也随之增加;在钎焊过程中两种Al-Mg-Zn镁合金钎料与母材AZ31B均发生强烈合金化作用,在钎缝中均生成α-Mg+β-Mg17(Al,Zn)12离异共晶组织,钎料的原始显微组织消失,且随着钎料中Al+Zn元素含量的增加,钎焊接头中的金属间化合物相β-Mg17(Al,Zn)12的体积分数和显微硬度也随之增加,同时钎焊接头力学性能随之降低。钎焊接头的断裂形式均为沿晶脆性断裂,断裂均产生在金属间化合物相β-Mg17(Al,Zn)12处。     

镁合金AZ31/Zn-7Al/铝合金6061接触反应钎焊研究

通过填加Zn-7Al金属中间层的方法,研究AZ31镁合金和6061铝合金之间的接触反应钎焊,并利用三维数码视频显微镜及液压万能试验机对钎焊接头的微观组织及力学性能进行检测分析。结果表明:与Mg/Al直接接触反应钎焊相比,AZ31/Zn-7Al/6061中间层接触反应钎焊的接头强度更高;Zn与Mg、Al之间能够生成良好相体,对接头的组织性能有一定的加强作用,是Mg、Al合金接触反应钎焊较为合适的中间层基体金属。     

Zn-Al-Cu基合金无钎剂钎焊泡沫铝的界面结构及力学性能

以Zn--Al--Cu基合金为钎料, 对74.7%---91.6%不同孔隙率的泡沫铝采用无钎剂钎焊方法进行连接实验. 采用OM和SEM观察钎缝组织及界面结构, EDS测定界面元素分布, XRD分析界面物相, 通过热力学分析验证钎料中Cu和Zn与母材中Al元素的相互作用和除膜机理, 对钎焊接头试样进行拉伸和剪切性能实验, 分析孔隙率与接头试样强度之间的关系.结果表明, 该无钎剂钎焊方法在泡沫铝端 面之间形成密实结构的连续钎料层,未改变母材结构特征; 钎缝组织由Al(Zn) 固溶体、Zn(Al) 固溶体、Cu₄Zn及MgMnO₃组成; 连接界面主要由Al(Zn)固溶体组成, Zn,Al和Cu在界面上相互扩散而形成一定扩散梯度, 熔合良好, 钎焊接头抗拉强度与母材相当, 剪切强度略高于相同孔隙率母材的剪切强度,抗拉强度和剪切强度均随孔隙率增加而明显降低.     

Microstructures and Properties of As-Cast Mg92Zn4Y4 and Mg92Zn4Y3Gd1 Alloys with LPSO Phase

采用普通凝固技术制备了含有长周期堆垛有序 (long period stacking ordered, LPSO) 结构相的Mg92Zn4Y4和Mg92Zn4Y3Gd1合金。通过OM、SEM、EDS、XRD和TEM分析了合金中各相形貌、微区成分及结构。结果表明：Zn/RE原子比为1的2种铸态镁合金中均存在14H-LPSO结构相;在Mg-Zn-Y合金中添加稀土元素Gd增加了合金的形核质点并促进了长周期堆垛有序结构相的形成,14H-LPSO相体积分数由12.1%增至30.4%;LPSO结构相在高温形成时分割了a-Mg树枝晶,基体平均晶粒尺寸由50 μm降至10 μm以下;铸态Mg92Zn4Y4合金的凝固组织为a-Mg固溶体+Mg12ZnY+Mg3Zn3Y2+Mg-Y;铸态Mg92Zn4Y3Gd1合金的凝固组织主要为a-Mg固溶体+Mg12Zn(Y,Gd)+Mg3Zn3(Y,Gd)2;室温条件下,Mg92Zn4Y4和Mg92Zn4Y3Gd1合金的压缩率达到12.4%和15.5%,热导率分别为99.233和88.639 W·(m·K)-1。     

激光功率对镁合金与镀锌钢激光熔钎焊组织和力学性能影响

以AZ31B镁合金焊丝为填充材料,采用激光熔钎焊连接AZ31B镁合金与Q235镀锌钢,分析不同激光功率对焊缝成型的影响,研究焊接接头不同部位的生成相及其力学性能。结果表明:焊接功率为1800 W时,焊缝成型美观,熔融金属在镀锌钢表面的润湿铺展良好,形成典型的熔钎焊接头,且接头的拉剪力最高。熔钎焊接头富锌区主要由(α-Mg+Mg Zn)相和MgZn_2组成;钢侧界面反应层中生成了Fe-Al相;焊缝区主要由α-Mg和Al_(12)Mg_(17)组成。     

镁合金与钢接触反应钎焊工艺研究

采用厚度为30μm的纯Cu箔作为中间层接触反应钎焊AZ31B镁合金和Q235钢,研究加热温度和保温时间对AZ31B镁合金/Q235钢钎焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,在有效的工艺参数条件下,接头界面反应区产物主要为Mg固溶体、Mg_2Cu、Al Mg;加热温度为570℃,保温时间为30 min时,钎焊接头抗拉强度达到最大值122.6 MPa,加热温度和保温时间过高或过低,均导致抗拉强度下降,加热温度570℃,保温时间为30 min时钎焊接头断裂方式为典型的韧性断裂。     

填充Al-Cu-Si-Ni-Mg的70% SiC_p/Al复合材料钎焊接头的组织及性能

为了研究高体积分数Si Cp/Al复合材料用钎料,采用Al-15Cu-8.5Si-4Ni-1.5Mg和Al-20Cu-12.5Si-2Ni-1.5Mg两种粉末钎料对体积分数为70%的Si C颗粒增强铝基复合材料进行真空钎焊。采用SEM、EDS和XRD对接头微观组织、剪切断口形貌和成分进行了检测分析。结果表明,Al-15Cu-8.5Si-4Ni-1.5Mg钎料的润湿性较好,高温流动性较好,原钎料粉末中的气体在保温过程中逸出,形成冶金结合良好、孔隙较少的焊缝。对钎焊接头进行了剪切试验,最高剪切强度为49.7 MPa,断裂方式为脆性断裂。     

SiC_P/Al复合材料的钎焊工艺研究

采用Zn98Al和Zn72.5Al两种Zn-Al药芯钎料对SiCP/Al复合材料进行氩气保护钎焊试验,研究了钎焊温度和保温时间对接头剪切强度及显微组织的影响。结果表明,用这两种钎料在氩气保护炉中钎焊SiCP/Al复合材料,可以获得质量良好的钎焊接头。对Zn98Al钎料,当温度为490℃、保温45min时可获得剪切强度为71.01MPa的钎焊接头;而Zn72.5Al钎料,在温度为560℃、保温11 min时可获得剪切强度为63.71MPa的钎焊接头。两种钎料的钎焊接头显微硬度均略低于母材。两种接头钎缝区的XRD相结构分析发现,钎缝中都只存在α(Al)和β(Zn)两相;接头断口扫描观察显示,接头整体呈韧性断裂特征。     

Sn-Zn钎料钎焊镁合金AZ31B接头的显微组织及力学性能

以Sn-Zn钎料对变形镁合金AZ31B进行了炉中钎焊,研究了变形镁合金AZ31B钎焊接头的微观结构与连接强度。采用XRD、SEM、EDS等仪器分析了钎焊接头的界面组织和钎缝物相,测试了钎焊接头的剪切强度与钎缝组织的显微硬度。结果表明,Sn-Zn钎料在钎焊过程中与母材AZ31B发生溶解与扩散作用,在钎缝中生成金属间化合物Mg2Sn和(β-Sn+Mg2Sn)共晶组织。钎焊接头中母材的显微硬度最低,Mg2Sn的显微硬度最高,钎焊搭接接头平均抗剪切强度达到48 MPa。钎焊搭接接头的主要断裂形式为沿晶脆性断裂,断裂主要发生在共晶组织和Mg2Sn相处。     

锌铝合金钎焊接头组织结构研究

研制了钎焊锌铝合金的Cd-Sn-Zn钎料、ZnCl2-NH4Cl-KF钎剂,研究了锌铝合金炉中钎焊及火焰钎焊的工艺参数,并使用TEM．SEM和X-Ray对钎焊接头进行了分析。结果表明,经优化的炉中钎焊工艺参数为：加热温度320℃、保温时间15min、钎焊间隙0．14mm。钎焊接头界面区出现了大量的硬质点相,Cd与Mg2Cu6Al5之间存在（102）Cd／／（111）Mg2Cu6Al5,（220）Mg2Cu6Al5／／（010）Cd,（224）Mg2Cu6Al5／／（211）Cd的相结构关系,提高了接头的结合强度;界面区包含了母材和钎料中的所有物相且有一定宽度,界面区的Zn含量高且Sn分布均匀,表明钎料与母材发生了剧烈的扩散。     

Zn-Al钎料成分对Cu/Zn-Al/Al钎焊接头界面结构及性能的影响

分别采用Zn-15Al,Zn-22Al,Zn-28Al,Zn-37Al和Zn-45Al钎料钎焊获得Cu/Al接头.利用SEM,EDS和XRD研究了Zn-Al钎料成分对Cu/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构的影响,并系统阐述了Zn-Al钎料成分-接头界面结构-接头抗剪切强度之间的关系.研究发现,Cu/Zn-15Al/Al接头中Cu母材/钎缝界面结构为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7,且Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层较薄,其厚度为2~3μm,接头具有较高的抗剪切强度,达66.3 MPa.随着钎料中Al含量的提高,在Cu/Zn-22Al/Al接头界面处Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层的厚度逐渐增大,甚至在Cu/Zn-28Al/Al接头的Al4.2Cu3.2Zn0.7界面层附近出现少量的Cu Al2,接头的抗剪切强度逐渐降低.当采用Al含量较高的Zn-37Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Al4.2Cu3.2Zn0.7/Cu Al2;脆性Cu Al2层的出现,使接头抗剪切强度大幅下降,为34.5 MPa.当采用Al含量最高的Zn-45Al钎料钎焊Cu/Al接头时,Cu母材/钎缝界面结构转变为Cu/Cu Al2,接头抗剪切强度最低,为31.6 MPa.