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  • 材料工程
      2010年, 第0卷, 第10期 刊出日期:2010-10-20 上一期    下一期
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    论文
    铝合金超声波钎焊过程中液态钎料的填缝及界面润湿行为
    许志武, 闫久春, 钟利, 杨士勤
    2010, 0 (10): 1-4,8.  
    摘要 ( 397 )   HTML PDF (1072KB) ( 546 )   引文文本
    研究了超声波振动作用下6061Al和2024Al合金焊缝中液态钎料的填缝过程,并分析了加热温度、焊缝预留间隙值对该过程的影响。结果表明,超声波振动作用下液态钎料的填缝行为与传统毛细填缝行为有很大差别,该条件下液态钎料在不润湿母材的基础上就迅速发生填缝过程,钎料初始液-气界面为凸状;随着填缝进行,填缝速度有所下降,填缝前沿钎料/母材界面润湿程度提高,钎料液-气界面形状转变为凹状。加热温度对超声波作用下液态钎料的填缝过程无明显影响,焊缝预留间隙值增加,钎料填缝长度减小,液-气界面形态发生变化。
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    纳米银焊膏的烧结性能及其用于铜连接的研究
    闫剑锋, 邹贵生, 李健, 吴爱萍
    2010, 0 (10): 5-8.  
    摘要 ( 710 )   HTML PDF (843KB) ( 1425 )   引文文本
    采用化学还原法制备出粒径分布在20~80nm的纳米银焊膏,每个纳米银颗粒上包裹的有机壳防止纳米颗粒的聚合。通过扫描电镜(SEM)对不同温度下银烧结层的微观组织变化进行观察,在200℃条件下烧结30min后,银烧结层连接为联通多孔结构;高于250℃时银颗粒出现明显的长大现象。在250℃温度下,外加10MPa压力采用纳米银焊膏对镀银纯铜材料进行烧结连接,得到接头剪切强度达到39MPa。对接头断口的显微组织分析表明,纳米银颗粒形成致密的烧结结构,断口组织在低倍SEM下未观察到明显塑性变形痕迹,但在高倍SEM下断口处的微观组织呈现了韧窝状组织,具有韧性材料断口材料的微观特征。
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    采用纯铜中间层的TiNi形状记忆合金激光焊接
    李洪梅, 孙大千, 王文权, 韩耀武, 董鹏
    2010, 0 (10): 9-12,26.  
    摘要 ( 415 )   HTML PDF (1031KB) ( 362 )   引文文本
    采用纯Cu中间层,对TiNi形状记忆合金丝脉冲激光焊接进行研究。利用光学显微镜,扫描电镜,微区XRD等分析测试手段,研究了TiNi形状记忆合金丝激光焊接头的微观组织特点。为研究接头的力学性能和形状记忆效应,对其进行拉伸和弯曲试验。结果表明,焊缝区组织分布不均匀,不同形貌区域的成分差别较大,XRD分析焊缝区生成了B2,B19,Ti3Ni4,Cu基固溶体及Cu与Ti的金属间化合物相CuTi,Cu4Ti3,Cu3Ti2,Cu3Ti等。TiNi形状记忆合金激光焊接头抗拉强度为489~536MPa,断口呈典型的韧-脆混合断裂特征。形状记忆恢复率达99%以上。
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    合金元素对Sn-57Bi无铅钎料组织及韧性的影响
    何鹏, 吕晓春, 张斌斌, 马鑫, 钱乙余
    2010, 0 (10): 13-17,31.  
    摘要 ( 387 )   HTML PDF (1108KB) ( 585 )   引文文本
    研究了添加不同含量的合金元素Ag,Ge,Cu,Sb,Zn,Ce,P,Ni对Sn-57Bi钎料的熔化温度、润湿性能、冲击韧性和显微组织的影响。研究结果表明,合金元素的添加对于钎料的熔化特性的影响不大,P,Ni的加入会导致出现硬脆的Bi,削弱了钎料的性能,Ag3Sn和富锌相则在形状合适时可以强化钎料的性能。单独加入合金元素Ag,Ge,Zn,Cu可以改善钎料的塑韧性,Ag,Ge还可以提高钎料的屈服强度和接头的剪切强度。合金元素Sb,Ce,P,Ni的加入会弱化钎料的塑韧性。而在同时添加多种合金元素的钎料合金中,43Sn-Bi-1Ge-1Ag的改善效果最好。
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    Sn2.5Ag0.7CuxRE钎料时效焊点界面IMC研究
    张柯柯, 韩丽娟, 王要利, 张鑫, 祝要民
    2010, 0 (10): 18-21,37.  
    摘要 ( 311 )   HTML PDF (1054KB) ( 445 )   引文文本
    以Sn2.5Ag0.7CuxRE/Cu钎焊为研究对象,借助于扫描电镜和X衍射检测手段,研究了二硫化钼介质下时效焊点界面IMC组织结构特征及生长行为。实验结果表明:时效焊点界面Cu6Sn5IMC呈现由波浪状→扇贝状→层状的形态变化。焊点界面Cu6Sn5和Cu3SnIMC的生长厚度与时效时间平方根呈线性关系,Cu6Sn5IMC具有较小的生长激活能、较大的生长系数。添加0.1%(质量分数)RE时,界面Cu6Sn5和Cu3SnIMC的生长激活能最大,分别为81.74kJ/mol和92.25kJ/mol,对应焊点剪切强度最高。
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    添加Ag元素对铝软钎焊用Sn-1.5Zn系钎料性能的影响
    刘亮岐, 徐金华, 陈胜, 马鑫, 张新平
    2010, 0 (10): 22-26.  
    摘要 ( 340 )   HTML PDF (777KB) ( 571 )   引文文本
    研究了添加不同含量Ag元素对铝软钎焊用Sn-1.5Zn系钎料合金的熔化特性、显微组织、润湿性及钎焊接头抗腐蚀性能的影响。研究结果表明,Ag元素的添加缩短了Sn-1.5Zn钎料的熔程,细化了显微组织;采用润湿平衡法测量结果发现,添加Ag元素提高了钎料对铝基体的最大润湿力Fmax,但使润湿时间t0增加;采用3%(质量分数)浓度盐水溶液浸泡焊点实验结果表明,添加Ag元素提高了钎焊接头的抗腐蚀性。
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    采用Ag-Cu-Ti钎料钎焊Cf/SiC接头的组织和强度
    陈波, 熊华平, 程耀永, 毛唯, 叶雷, 李晓红
    2010, 0 (10): 27-31.  
    摘要 ( 436 )   HTML PDF (1042KB) ( 481 )   引文文本
    选用Ag-35.5Cu-1.8Ti和Ag-27.4Cu-4.4Ti两种钎料,在880℃/10min钎焊规范下进行了Cf/SiC陶瓷基复合材料的钎焊实验。实验结果表明,钎焊接头中央为典型的Ag-Cu共晶组织,而在钎料与Cf/SiC母材的界面处形成了扩散反应层,Ti在该层中富集。通过界面X射线衍射分析,确定界面存在TiC相,但未检测到Ti-Si相。分析了界面反应机理。接头强度试验结果表明,采用Ag-35.5Cu-1.8Ti钎料获得接头的三点弯曲强度为132.5MPa,而Ag-27.4Cu-4.4Ti对应的接头强度为159.5MPa,分析认为,Ti在钎料中的活性是决定接头性能的关键因素之一,即接头强度随着钎料中Ti活性的提高而呈现增加的趋势。
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    DD32单晶高温合金过渡液相扩散连接
    郎波, 侯金保, 吴松
    2010, 0 (10): 32-37.  
    摘要 ( 415 )   HTML PDF (1085KB) ( 319 )   引文文本
    为了提高DD32单晶高温合金过渡液相(TLP)扩散焊接头的力学性能,采用扫描电镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)研究接头微观组织,TLP扩散焊过程中基体组织的变化,以及持久过程中基体组织的变化。结果表明,接头由连接区和基体区所组成,未发现明显的扩散区特征。连接区由等温凝固区和残余液相区组成。TLP扩散焊过程对基体组织有重要影响,接头需进行焊后热处理。此外,在持久过程中基体内产生了N型筏。控制TLP扩散焊接头内晶界的形成,可以有效提高接头力学性能。
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    热循环条件下SnAgCu/Cu焊点金属间化合物生长及焊点失效行为
    肖慧, 李晓延, 李凤辉
    2010, 0 (10): 38-42.  
    摘要 ( 426 )   HTML PDF (1046KB) ( 585 )   引文文本
    研究了热循环过程中SnAgCu/Cu焊点界面金属间化合物的生长规律及焊点疲劳失效行为。提出了热循环条件下金属间化合物生长的等效方程以及焊点界面区不均匀体模型,并用有限元模拟的方法分析了热循环条件下焊点界面区的应力应变场分布及焊点失效模式。研究结果表明:低温极限较低的热循环,对应焊点的寿命较低。焊点的失效表现为钎料与金属间化合物的界面失效,且金属间化合物厚度越大,焊点中的累加塑性功密度越大,焊点越容易失效。
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    Ni-Cr/Ti/瓷界面反应机制
    刘杰, 邱小明, 王红颖, 孙大千, 姚汉伟, 韩秀红
    2010, 0 (10): 43-47.  
    摘要 ( 293 )   HTML PDF (665KB) ( 282 )   引文文本
    采用磁控溅射技术,在Ni-Cr合金表面溅射一层Ti薄膜作为中间层,研究了Ni-Cr/Ti/瓷界面组织结构,产物种类、分布及反应机制。结果表明:Ni-Cr/Ti/瓷界面反应复杂,界面处形成的新物相有Ti2Ni,AlTi3,TiO2,SnCr0.14OX,NiCr2O4和Cr2O3。高温烤瓷过程中,Ti与Ni以稳定的化合物Ti2Ni形式结合,同时Ti与陶瓷中Al2O3反应生成AlTi3化合物,与SnO2和SiO2发生置换反应生成TiO2,TiO2与陶瓷中氧化物结合,更好的实现了Ni-Cr合金与陶瓷的连接。
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    镍基钎料钎焊GH586高温合金
    李天文, 郭万林, 淮军锋
    2010, 0 (10): 48-52.  
    摘要 ( 316 )   HTML PDF (1621KB) ( 360 )   引文文本
    采用非晶箔状BNi82CrSiB和BNi81CrB钎料以不同的保温时间进行钎焊实验,对钎焊接头进行了力学性能测试。利用扫描电镜和能谱分析对钎焊接头微观组织和断口进行观察和分析。结果表明,在钎焊温度下延长钎焊时间(60min)能够促进钎缝与扩散层的元素均匀分布,提高钎焊接头的室温和高温(930℃)拉伸性能。通过调整钎料合金成分,提高了钎焊接头的拉伸性能,高温拉伸性能提高22.5%。接头断裂发生在近缝区基体一侧,断裂形式主要为沿晶断裂。同时讨论了Si,B等元素对钎焊接头的组织和性能的影响。
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    Sn-XAg-0.5Cu无铅钎料熔化特性、润湿性及力学性能研究
    卫国强, 万忠华, 赵四勇, 张宇鹏, 刘凤美
    2010, 0 (10): 53-56.  
    摘要 ( 321 )   HTML PDF (765KB) ( 435 )   引文文本
    应用差示扫描量热(DSC)法、润湿平衡分析技术和拉伸试验,研究了Sn-XAg-0.5Cu(X=0.1~3.0)无铅钎料合金的熔化特性、润湿性能及力学性能。实验结果表明:所有钎料合金的开始熔化温度均为217.3℃;随合金中Ag含量增加,熔化温度区间变窄。钎料的润湿铺展面积和润湿力随Ag含量的增加而先显著增加,而后趋于稳定;对润湿铺展面积和润湿力(或润湿时间)产生显著影响的阈值Ag含量为1.0%(质量分数,下同)。Ag含量在0.5%~3.0%时,随着Ag含量的增加,钎料的断后伸长率逐渐下降,而抗拉强度和0.2%屈服强度均逐渐增加。
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    BNi82CrSiB钎料真空钎焊FeCrAl合金接头界面组织
    高勇, 夏志东, 崔英亚
    2010, 0 (10): 57-60.  
    摘要 ( 420 )   HTML PDF (1168KB) ( 357 )   引文文本
    采用BNi82CrSiB带状钎料在1070℃/10min工艺条件下对FeCrAl合金箔带制成的多孔圆形器件进行了真空钎焊实验,并对钎焊接头界面组织和相组成进行了分析。实验结果表明:多孔圆形器件焊后表面无宏观缺陷,钎焊接头致密完整,试样中99%(总共约有8000个)的钎焊接头实现连接。钎缝组织由γ-Ni基固溶体、金属间化合物和共晶组织构成。钎缝中物相有γ-Ni,FeNi3,AlNi3,CrB,Ni17Si3。钎焊接头中含有较多的硼化物相。
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    CoFe基和Fe基高温钎料钎焊TiAl合金接头微观组织
    叶雷, 熊华平, 陈波, 毛唯, 程耀永, 李晓红
    2010, 0 (10): 61-64,68.  
    摘要 ( 317 )   HTML PDF (712KB) ( 350 )   引文文本
    为避免高温钎焊条件下钎料与TiAl母材发生过度反应,设计了CoFe基和Fe基两种高温钎料。在1100℃/10min和1200℃/10min条件下进行了钎料对TiAl合金的润湿性实验,在1180℃/5min条件下进行TiAl合金的真空钎焊实验。结果表明,1200℃/10min条件下两种钎料在TiAl合金上润湿角约为30°。与Ni基钎料相比,两种钎料与TiAl的界面反应程度得到缓解。CoFe基钎料对应接头界面主要形成Ti3Al,TiAl,硅化物和(Ti,Cr)-B,而在宽度较窄的(约10μm)钎缝中心形成了富Cr固溶体。Fe基钎料接头组织基本与CoFe基钎料接头类似,区别在于钎缝中心为残余钎料区,宽度约40μm,主要为Fe基固溶体。残余钎料区附近生成TiB和TiB2两种硼化物,与CoFe基钎料接头中硼化物相比,数量明显增多。
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    一种具有球晶组织的半固态Zn-Al合金钎料
    石磊, 闫久春, 韩焱飞, 彭勃
    2010, 0 (10): 65-68.  
    摘要 ( 326 )   HTML PDF (548KB) ( 246 )   引文文本
    通过熔炼、浇注以及等温热处理的方法制备了具有球晶组织的Zn-Al合金,并采用重熔实验、等温压缩实验和振动辅助半固态钎焊实验研究了半固态Zn-Al合金的固相率与温度的关系、压缩变形行为以及作为钎料的可钎焊性。结果表明:半固态Zn-Al合金在压缩变形时,具有较强的抗变形能力;作为钎料,在钎焊过程中其固相率能控制在(64±5)%范围内,所得钎焊接头中仅在钎缝边缘处界面上有少许氧化膜残留,而其他区域界面上的氧化膜都被彻底去除。
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    TLP扩散焊过程中近表面区域元素贫化控制研究
    李晶, 侯金保, 吴松
    2010, 0 (10): 69-72.  
    摘要 ( 319 )   HTML PDF (1015KB) ( 240 )   引文文本
    为了控制TLP扩散焊过程中近表面区域元素贫化,通过对IC10合金TLP扩散焊不同充氩分压量实验,测试分析充氩分压对表面Cr元素含量的影响和对焊接组织性能的影响。实验结果表明:TLP扩散焊真空充氩分压能控制表面Cr元素贫化层厚度在4μm左右,能有效控制TLP扩散焊过程中的表面元素贫化问题;焊接保温20min后开始分压,对焊接接头组织性能无不利影响;焊后进行热处理,能提高焊接强度,恢复基体组织性能。添加涂层后,经过扩散处理,贫Cr层消失。
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    ZrB2高温陶瓷钎焊接头的界面组织和性能
    李卓然, 王征征, 吴广东, 朱晓智
    2010, 0 (10): 73-76.  
    摘要 ( 452 )   HTML PDF (1204KB) ( 309 )   引文文本
    采用Ti-Zr-Ni-Cu钎料对ZrB2-SiC陶瓷的真空钎焊工艺进行研究。借助SEM,EDS和XRD等分析测试手段,分析了接头的界面组织结构及性能。实验结果表明:接头界面产物主要有TiC,ZrC,Ti5Si3,Zr2Si,Zr(s,s),(Ti,Zr)(Ni,Cu)等。随着钎焊温度和钎焊保温时间的增加,钎焊接头中的Zr(s,s)层厚度不断增加,焊缝两侧灰色相Ti5Si3+Zr2Si的体积和数量逐渐增加并向焊缝中部生长伸展,焊缝接头中的黑色相TiC+ZrC的体积和数量明显增加,其分布贯穿整个焊缝。当钎焊温度为920℃,钎焊时间为10min时,钎焊接头的抗剪切强度最高,达到143.5MPa。
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    钎缝间隙对316L不锈钢真空钎焊接头组织的影响
    于治水, 石昆, 言智, 李军, 李瑞峰
    2010, 0 (10): 77-81.  
    摘要 ( 390 )   HTML PDF (809KB) ( 415 )   引文文本
    采用镍基钎料BNi2+40%BNi5对316L不锈钢进行真空钎焊。主要通过光学显微镜、电子探针显微分析仪、硬度计等研究了3种钎缝间隙下钎焊接头的显微组织、钎缝成分分布以及钎缝显微硬度。结果表明316L不锈钢的钎焊接头主要由固溶体、共晶组织及网状化合物组成,硼、硅是导致化合物相产生的主要合金元素;随着钎缝间隙的减小,钎焊接头中金属间化合物相的含量逐渐减小,当钎缝间隙为30μm时,接头组织基本为固溶体。
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    铝合金与镀锌钢薄板熔钎焊接头组织与力学性能
    李玉龙, 姜智超, 禹业晓
    2010, 0 (10): 82-85.  
    摘要 ( 413 )   HTML PDF (866KB) ( 829 )   引文文本
    为了对铝合金和镀锌钢板进行优质高效焊接,采用Fronius冷金属过渡焊接机对锻铝6061和SPCC镀锌钢板进行了熔钎焊实验。焊接实验结果表明可以采用专家系统提供的参数进行焊接获得成型良好的接头;组织分析表明接头界面可以分为边缘富锌区、铝熔化区和铝钢界面反应层三个反应区。能谱分析结果表明边缘富锌区主要组成元素是锌和铝,铝钢之间的反应层主要是Fe2Al5反应相;接头上的缺陷主要有气孔、冷隔和低熔共晶缩孔。力学性能测试结果表明:铝、钢熔钎焊接头强度达到80MPa;Fe2Al5反应相平均硬度HV410,镀锌钢母材的平均显微硬度HV130,铝熔化区的平均显微硬度HV55。
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    纳米YSZ热喷涂粉末的制备及其性能
    黄威, 朱颖, 何箐, 汪瑞军
    2010, 0 (10): 86-88,95.  
    摘要 ( 338 )   HTML PDF (899KB) ( 423 )   引文文本
    基于纳米涂层的优异性能,研究了纳米YSZ热喷涂粉末的制备工艺。喷雾干燥造粒后,分别用霍尔漏斗法和电子扫描显微镜对团聚体粉末的流动性、松装密度及微观形貌进行了测试与分析。研究发现,固含量越高,粉末的流动性及松装密度性能越好,但过高的固含量反而会影响造粒效果;在固含量一定的情况下,黏结剂含量适中的浆料造粒后团聚体粉末的流动性更好。为了得到性能更好的团聚体粉末,合理的后续处理方法是在电流300A,电压40V条件下进行等离子致密化。
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    凝固方式对Sn-Bi钎料组织和性能的影响
    吕晓春, 何鹏, 张斌斌, 马鑫, 钱乙余
    2010, 0 (10): 89-95.  
    摘要 ( 305 )   HTML PDF (2352KB) ( 279 )   引文文本
    采用炉冷、空冷、水冷和液氮冷却方式以及外加磁场的方法研究不同的凝固方式对Sn-Bi钎料的冲击韧性和显微组织的影响。研究结果表明,快速冷却与旋转磁场均能细化钎料合金的微观组织,抑制粗大树枝晶的生长,但快速冷却会造成Bi的偏析,旋转磁场会造成组织不均。同时快速冷却与旋转磁场都会破坏含Ge合金的塑性改善机制,造成含Ag合金中Ag3Sn相粗大,而旋转磁场的离心力作用还会造成Ag3Sn相和Bi相的宏观偏析。在组织细化以及成分偏析的共同作用下,Sn-57Bi共晶钎料的冲击韧性随冷却速率的增大呈现先增加后减少的趋势。
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    以Ti,Ni薄膜为中间层的钛合金与高温合金低温扩散焊研究
    周媛, 李晓红, 毛唯, 毕晓昉, 熊华平, 吴欣
    2010, 0 (10): 96-99.  
    摘要 ( 340 )   HTML PDF (813KB) ( 268 )   引文文本
    采用磁控溅射技术在TA15钛合金表面沉积Ti薄膜,在DD6单晶高温合金表面沉积Ni薄膜,以Ti,Ni薄膜作为中间层进行低温扩散焊研究。通过X射线衍射分析发现Ti,Ni薄膜均为多晶体结构。采用AFM分析发现,沉积薄膜后,TA15钛合金和DD6单晶基片的表面粗糙度均有所降低。以Ti,Ni薄膜作为中间层在800℃/20MPa/2h规范下实现了TA15钛合金和DD6单晶高温合金的异种材料低温扩散连接。通过扫描电镜和能谱分析表明,Ti,Ni两元素均扩散至另一母材界面,整个接头呈现分层组织,主要为Ti2Ni和TiNi相。
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    元素掺杂的低银SAC无铅钎料综合性能研究
    张宇鹏, 万忠华, 许磊, 刘凤美, 杨凯珍
    2010, 0 (10): 100-104.  
    摘要 ( 309 )   HTML PDF (665KB) ( 1151 )   引文文本
    低Ag(Ag含量<1%,质量分数,下同)的SAC无铅钎料存在润湿性和可靠性不足的问题。为探索解决这些问题,研究了Ag含量、Ni和Bi等合金元素对合金微观组织、润湿性和溶铜性等关键性能的影响。结果表明:Ag含量的变化带来了组织、熔化特征和力学性能的规律性改变;Bi和Ni元素的少量添加能够提高合金的可焊性(润湿性),并降低合金的铜溶解率;SAC0805BiNi钎料的铜溶解率小于SAC0307和SAC305钎料,而润湿性接近SAC305钎料;Ag含量在0.3%~1%之间的合金韧性更好。因此,适当选择Ag含量和采用合适添加元素,成本相对较低的低银无铅钎料综合性能接近SAC305无铅钎料。
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