SiC颗粒增强LD2复合材料的真空扩散焊

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因具有具有比强度高、比模量高、热膨胀系数小、耐磨损、各向同性等特性,SiCp/LD2基复合材料广泛应用于航空航天,交通运输工具,体育用品及电子产品等领域。随着其产品成本进一步降低,应用范围也将扩大,而作为主要的二次加工技术——焊接,成为阻碍其进一步应用的主要障碍。所以研究SiCp/LD2基复合材料的连接具有重要的意义。首先对SiC颗粒增强LD2铝基复合材料进行固相扩散焊接,分析了焊接主要的难点和问题,然后主要研究了LD2铝基复合材料的瞬态扩散焊。在进行TLP焊接前,对TLP焊接过程进行了详细的分析。建立了各个阶段的数学模型并且求得其解析解。利用建立的模型求得采用Cu箔作中间层时,TLP焊接SiCp/LD2基复合材料所需要保温时间为77min。对于SiCp/LD2基复合材料的直接扩散焊,接头强度非常低,仅为母材强度的26%。加Cu,Ni,Al-Li合金,Al-Cu-Mg合金中间层固相扩散焊后,接头强度有所提高,其中Al-Li合金中间层取得的强度最高,约为母材强度的50%。焊接的主要难点为:①接头区存在蜂窝状氧化物Al2O3、增强相偏聚等缺陷,阻碍基体与增强相间形成良好的界面层;②连接过程中接头界面氧化膜的破碎。Al-Li合金层依靠化学机制破碎氧化膜,取得了一定效果。但是,固相焊时,获得的最好接头强度仍然较低。不能满足使用要求。采用10μm Cu箔作中间层:利用铜与铝在较低温度下发生共晶反应,产生瞬时液相,浸润增强相颗粒,改善增强相/增强相间的接触,填充界面微观孔洞,加速原子扩散,从而实现焊接接头的良好结合。结果表明:在560℃,焊接压力为1MPa,75min的保温时间下,成功实现了SiCp/LD2的扩散连接,接头强度为206.5MPa,接近母材强度的85%。同样采用30μm Ni箔,在580℃下进行SiCp/LD2的TLP连接。结果表明:接头中生成Al0.9Ni1.1金属间化合物,导致接头剪切强度严重下降。加Cu箔TLP连接SiCp/LD2时,连接界面附近存在SiC颗粒的偏聚,这种偏聚可能会导致一些P-P弱结合,偏聚区的局部也可能会存在结合程度较弱的P-M结合,这些部位往往会成为裂纹源,限制了接头强度的提高。为了改善接头区SiC的偏聚,本文采用复合中间层对SiCp/LD2进行TLP连接。采用Cu/Al/Cu复合层,成功避免了连接界面SiC颗粒的偏聚,改进了接头形成机制。同样在在560℃,焊接压力为1MPa,75min的保温时间下,接头区域完成了等温凝固和固相成分的均匀化。Cu元素在接头区分布均匀,接头剪切强度达到了228.8MPa为母材强度的94.3%。而采用Cu/Ni/Cu复合层时,由于生成Al-Ni-Cu金属间化合物,虽然改善了界面SiC颗粒的偏聚,对接头剪切强度的提高不大。
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