采用复合锌基钎料钎焊铜铝焊接接头的微观组织及力学性能.pdf

第５卷第２期２０ｌ１年６月‘材料研究与应用ＭＡＴＥＲＩＡＬＳＲＥＳＥＡＲＣＨＡＮＤＡＰＰＬＩＣＡＴＩ（）ＮＶ０１．５，ＮＯ．２Ｊｌｉｂ．２０１ｌ文章编号：１６７３－９９８１（２０１—１）０２－００９２０５采用复合锌基钎料钎焊铜铝焊接接头的微观组织及力学性能王洪礼，田战玲，李明娥新疆维吾尔族自治区产品质量监督检验研究院．新疆乌鲁木齐８３０００４摘‘要：在Ｚｎ－２７ＡＩ钎料表面电镀Ｎｉ制备复合锌基钎料．在氮气保护的电阻炉中用复合锌基钎料和ｚｎ２７Ａ１钎料对Ｃｕ与Ａｌ进行钎焊试验．运用金相显微镜、电子探针、Ｘ射线衍射仪分析了接头的微观组织．通过拉伸试验评定了接头的力学性能．结果表明：与未电镀镍层的Ｚｎ－２７ＡＩ钎料钎缝相比．复合锌基钎料钎缝中没有组织偏聚，组织分布更均匀、且有ＣｕＺｎ。＋Ｎｉ，ＡＩ复合相生成；Ｎｉ层能够有效地阻止Ａｌ和Ｃｕ的快速扩散．从而减少低熔点脆性化合物ＡＩ。Ｃｕ的生成．在钎焊条件相同的条件下．复合锌基钎料钎焊接头的最大剪切强度为３１．７３ＭＰａ高于Ｚｎ＿２７Ａｌ钎料钎焊接头的最大剪切强度．关键词：铜；铝；复合锌基钎料；微观组织；力学性能中图分类号：ＴＧ４２５．１文献标识码：Ａ铜／铝复合结构在工业生产中应用广泛，铜与铝的连接通常采用钎焊【ｌ屯］．若铜铝直接钎焊，由于铝、铜原子扩散较快，容易在钎焊接头中形成易熔的脆∞性Ａ１一ＣｕＡＩ。共晶相，导致接头强度降低．４］．锌基钎料由于熔点低，工艺性好，且具有良好的润湿性、流动性、抗腐蚀性和填充间隙能力，因此常常用于铜／铝异种金属的钎焊［５一．在锌基钎料的表面电镀Ｎｉ—制得复合基钎料，可在钎焊过程中阻止脆性ＡｌＣｕＡＩｚ共晶相的生成．本研究采用这种复合锌基钎料对铜一铝进行钎接，并分析测试了接头的微观组织及力学性能．１试验１．１试验材料钎焊母材分别为２５ｍｍ×８０ｍｍ×３ｍｍ的纯铝Ｌ２和无氧铜ＴＵ２．所用钎料为厚度０．８ｍｍ的带状锌基钎料Ｚｎ一２７Ａ１，其成分为＂ｔＯ（Ｚｎ）＝７３．ｏｏ％，硼（ＡＩ）＝２７．００ｏ．４，在此钎料的表面上电镀一层厚度为５弘ｍ的Ｎｉ，制成复合锌基钎料；钎剂为铝钎剂叫２０１．收稿日期：２０１１一Ｏｌ一１９作者简介：土洪礼（１９８ｚ一）。男，安徽太和人，助理工程师．硕士按尺寸机加工铜母材和铝母材．铜母材依次分别用４００、８００和１２００号砂纸打磨后用超声波清洗；铝母材和钎料先分别用丙酮去除表面油污，再用ｊｏ℃～６０，１５％的ＮａＯＨ溶液浸泡１５ｓ，然后用清水冲洗；用ｌ：３的稀硝酸溶液浸泡１０Ｓ后用清水冲洗，再用乙醇清洗，晾干备用．１．２试验方法将用少量蒸馏水调成糊状的Ｏｊ２０１钎剂均匀地涂敷在复合锌基钎料的表面上，厚度大约为０．０５℃ｍｍ．将氮气气氛保护电阻炉升温至５５０，放人装配好的试样，为进行同炉钎焊对比试验，将用未电镀镍层的Ｚｎ－２７Ａｌ钎料装配的试样一同放入炉内钎焊．保温８ｍｉｎ后取出空冷．℃试样冷却到室温时，先用６０＂－－８０的热水清洗１０ｍｉｎ，用毛刷清理残渣并用冷水清洗．在１５％的稀硝酸中浸泡３０ｍｉｎ后再用冷水清洗，除去残留在焊件表面的钎剂．１．３测试方法及仪器在观察铜铝钎焊接头的微观形貌前，将Ｌ２纯铝侧用５％的氢氟酸腐蚀，ＴＵ２无氧铜侧用３ｇＦｅＣｌ。粉末＋２ｍＬ３６％的盐酸＋９６ｍＬ无水乙醇配万方数据第ｊ卷第２期王洪礼．等：采用复合锌基钎料钎焊铜铝焊接接头的微观组织及力学性能制的腐蚀液腐蚀．两侧的腐蚀时间均为５Ｓ．采用ＭｅＦ３型金相显微镜观察接头的微观组织，用ＩＪ８ＡＤＶＡＮＣＥｘ型ｘ射线衍射仪测定接头的物相组成．用ＥＭＰＡｌ６００电子探针测定接头的元索分伟；制作拉伸试件．在万能拉伸试验机上测试焊件的力学性能．２试验结果与讨论２１接头的微观组织℃Ｚｒ卜２７Ａｌ钎料和复合锌基钎料在５５０下钎焊８ｒａｉｎ后钎焊接头的金相组织如图ｌ所示．由图ｌ可Ｃｕ普通钎料钎焊接头Ⅱ区放大复合钎料钎焊接头—见，ＣｕＡ１钎焊接头由Ｃｕ侧钎料界面、中央钎缝区、Ａｌ侧钎料界面三部分组成．对比相同钎焊工艺参数下采用两种钎料钎焊接头的微观组织可知．铜母材未溶解，铝部分溶解．用复合锌基钎料的钎焊接头组织比较均匀．晶粒细小．从图１还可以看出，两种钎料的钎焊接头钎缝区都是由大块灰色区域、黑色区域、枝晶状区域干ｎ小块灰色区域组成。而复合锌基钎料钎焊接火的钎缝区还特有亮色区．电子探针对两种钎料的钎焊接头钎缝区不同区域的特征点的扫描结果列于震】和表２．Ｉ区放大Ⅲ区放大图１钎焊接头的金相组织Ｆｉｇ．１ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂｒａｚｅｄｊｏｉｎｔｓＩ区放大万方数据９４材料研究与应用２０１１根据图２的ＸＲＤ分析结果以及表１和表２的失，组织分布更加均匀．这是由于Ｎｉ层有效地阻止——特征点电子探针的测试结果，并结合ＡｌＺｎＣｕ三元了母材中的Ｃｕ原子和Ａｌ原子向钎缝中的快速扩相图，可知图ｌ钎缝中的大块灰色区域为Ａｌ和Ｃｕ散，从而有效地减少了钎缝中低熔点脆性化合物构成的金属间化合物Ａ１：Ｃｕ。；黑色区域为钎料中的Ａ１。Ｃｕ的生成．—Ｚｎ元素部分溶解于Ａｌ形成的ａＡｌ固溶体；枝晶状区域为金属间化合物ＡＩ。Ｃｕ；小块灰色区域为‘（ａ）ＣｕＺｎ。＋Ａｌ。Ｃｕ共晶相；图１（ｂ）钎缝中的亮色区域为ＣｕＺｎ二＋Ｎｉ。Ａ１复合相，多分布于晶界处．总体来贫看，与Ｚｎ一２７Ａｌ普通钎料相比，采用复合锌基钎料钎已焊接头钎缝区组织偏聚的区域性特征消失，组织分。蚕布较均匀，并有少量的ＣｕＺｎ。＋Ｎｉ；Ａｌ复合相生成．兰搴．裱．冬缸Ａ．～钎料中各元素在钎缝中的分布情况如图３所示．由图３可见，Ｚｎ和Ｎｉ主要分布在晶界处，Ａｌ主要分布在晶内区域．２０４０６０８０１００ｌ２０２８／（。）Ｔａｂｌｅ１Ｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｐｒｏｂｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｓｏｆｏｒｄｉｎａｒｙ（ｂ）△“ＡｌＩ。＞◇ＡＩ，ＣＬＩｓｏｌｄｅｒｗｅｌｄｅｄｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｅｇｉｏｎｓ一▲ＣｕＺｎ。∽●“．？、ｌ◆Ｎｉ，ＡＩＡｌ型糊ＺｎＡ。艨蔫叫．三譬△大块灰色区域・６５．２ｌ３．９８３０．８ｌ至◆▲◇黑色区域７２．２４１３．１７１４．５９一ｆ．Ｊ《▲枝晶状区域５５．１９１２．１６３８．６５李基１一ｔ９；．小块灰色区域４３．９３６．５９４９．４８表２复合钎料钎焊接头不同区域的电子探针分析结果２引（。）ｌ型组ｕ。‘元ｎ含（ａ）ｃ／ＡＩｉｕ；．Ｒ讲２∽ｘＲ。：：；佗Ｚｎｍ－２８７甜Ａｌ幽ｆｉ。ｌｌｅｈｒｍ¨‘ｅｔｒａ：：：ｏｉｎ出ｔ：ｈ配ｄｊ０洫协亮色区域２７・５７３９・４８３１・６０１・３５２．３接头的力学性能枝晶状区域４１．８６１７．０６３０．５９１．４９搭接接头的剪切强度是衡量接头力学性能的重≯２可署，篡嚣乏。篙鬻Ａ㈣１。黑．塞詈羹篇卧腑腻㈨觯龇舭结徽雾竺能慧椭，Ｃｕ，ＡＡｌ竺：｝量不刘未嚣可见，复合锌基钎料钎焊接头的最大剪Ｃ间化合物，ａ一固溶体和ｕＺｎ５＋Ａ１２Ｃｕ共晶相，而’‘田俄一。乃及口计歪引什纠。肝丁支天刚取八刃在复合锌基钎料的钎缝区还有ｃｕｚｍ＋Ｎｉ。ＡＩ复挈强璧为１１：７３ＭＰａ，ｚｎ一２７Ａｌ钎料钎焊接头的最２．２Ｎｉ的阻隔作用鬟嘉；墓拦ｉＡ有Ｉ－效Ｃｕ地Ａ乎姜翟篇塞主ｌ：器采用复合锌基钎料钎焊接头钎缝中的ＡＩ。Ｃｕ。头的力学性能．万方数据第５卷第２期王洪札，等：采用复合锌基钎科钎焊铜铝焊接接头的微观组织及力学性能９５图３钎焊接头各元素的分布Ｆｉｇ．３Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｂｒａｚｅｄｊｏｉｎｔｓ图４拉伸试件示意图Ｆｉｇ．４Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｅｎｓｉｌｅｓｐｅｃｉｍｅｎ表３不同试件的力学性能Ｔａｂｌｅ３Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｖａｒｉｏｕｓｓａｍｐｌｅｓ试件抗拉强度Ｒｍ／ＭＰａＺｎ一２７Ａ１钎料接头复合锌基钎料接头２３．７９３１．７３３结论（１）在Ｚｎ＿２７Ａｌ钎料上镀Ｎｉ后，钎缝中除有—Ａ１２Ｃｕ，Ａ１２Ｃｕ３，ａＡｌ固溶体和Ａ１２Ｃｕ＋ＣｕＺｎ５共晶相生成外，还有ＣｕＺｎ。＋Ｎｉ。Ａ１复合相生成．Ａ１ｚＣｕ脆性化合物数量减少，同时ＡＩｚＣｕ。在Ｃｕ侧的偏聚—和ａＡｌ固溶体在Ａｌ侧的偏聚现象消失，组织分布更加均匀．（２）Ｎｉ层能够有效地阻止Ａｌ和Ｃｕ之间的快速扩散，从而减少了低熔点脆性化合物Ａ１：Ｃｕ的生成．（３）复合锌基钎料钎焊接头的最大剪切强度为３１．７３ＭＰａ，高于Ｚｎ－２７ＡＩ钎料钎焊接头的最大剪切强度．参考文献：［１］洪丽玲．辛选荣．张柯柯，等．铜／铝合金冷压扩散复合焊接接头的显微组织［Ｊ］．机械工程材料．２００８．３２（８）：万方数据９６材料研究与应用２Ｏｌｌ—２３２５．［２］孟胶东．曲文卿．庄鸿寿．ＡＩ－Ｃｕ双金属复合结构的扩散连接试验研究Ｉ－Ｊ］．材料工程．２００３（１）：３４。３７．［３］李皿江．吴会强，陈茂爱．等．Ｃｕ／ＡＩ真空扩散焊接头显微组织分析［Ｊ］．中国有色金属学报．２００１．１Ｉ（３）：—４２６４２７．［４］ＸＩＡＣＺ。ＬＩＹＪ．ＷＡＮＧＪ，ｅｔａ１．ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＤｈａｓｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｎｅａｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＣｕ／ＡＩｖａｃｕｕｍ‘ｂｒａｚｉｎｇ［Ｊ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ・２００７・２３—（７）：８１５８１８．［５３张启运，庄鸿寿．钎焊手册［Ｍ］，北京：机械工业出版社・１—９９２：４９０４９５．Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃｏｐｐｅｒａｎｄａｌｕｍｉｎｕｍｊｏｉｎｔｂｒａｚｅｄｂｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—ｚｉｎｃｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌＷＡＮＧＨｏｎｇｌｉ．ＴＩＡＮＺｈａｎｌｉｎｇ・ＬＩＭｉｎｇｅ“Ｐｒｏｄｃｔ“Ｑ４ｌｉｔｙＳｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎａｎｄＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＸｉｎｊｉａｎｇＵｙｇｕｒＡｕｔｏｎｏｍｏｕｓＲｅｇｉｏｎ・Ｗｕｌｕｍｕｑｉ８３０００４．ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｅｐａｒｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｚｉｎｃ－ｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｂｙｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇｎｉｃｋｅｌｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆＺｎ一２７Ａ１ｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌ．Ｃｏｎｄｕｃｔｂｒａｚｉｎｇｔｅｓｔｏｎａｌｕｍｉｎｕｍａｎｄｃｏｐｐｅｒｗｉｔｈｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—ｚｉｎｃｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌａｎｄＺｎ一２７Ａ１ｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｉｎｔｈｅｆｕｒｎａｃｅｐｒｏｔｅｃｔｅｄｂｙｎｉｔｒｏｇｅｎ．Ａｎａｌｙｚｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ０ｔｔｈｅｊｏｍｔｂｙｍｅｔａ卜ｌｕｒｒｇｉｃａｌｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ。ＥＰＭＡａｎｄＸＲＤ，ａｎｄｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｂｙＩｎｓｔｒｏｎｔｅｓｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅ．Ｔｈｅ—ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｃｏｍｐａｒｅｄｔＯＺｎ一２７Ａｌｗｉｔｈｏｕｔ—Ｎｉｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄｌａｙｅｒ，ｎｏｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎｏｃｃｕｒｒｅｄｉｎｔｈｅ—ｂｒａｚｉｎｇｓｅａｍｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—ｚｉｎｃｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａＩａｎｄｉｔＳｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｍｏｒｅ’ｕｎｉｆｏｒｍａｎｄｍｅａｎｗｈｉｌｅＣｕＺｎ５＋Ｎｉ３ＡＩｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｅｒｅｆｏｒｍｅｄ．ＮｉｃｋｅｌｌａｙｅｒｃｏｕｌｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｐｒｅｖｅｎｔｔｈｅｒａｐｉｄｄｉｆｆｕｓｉｏｎｏｆｃｏｐｐｅｒａｎｄａＩｕｍｉｎｕｍ，ａｎｄｔｈｕｓｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆ—ｌｏｗｍｅｌｔｉｎｇ，ｂｒｉｔｔｌｅＡ１２Ｃｕｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．Ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｓｈｅａｒｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｉｏｉｎｔｂｒａｚｅｄｂｙｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅ—ｚｉｎｃｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｗａｓ３１．７３ＭＰａ，ｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｂｒａｚｅｄｂｙＺｎ一２７Ａｌｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌｊｏｉｎｔｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｂｒａｚｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｐｐｅｒ；ａｌｕｍｉｎｕｍ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｚｉｎｃ－ｂａｓｅｄｆｉｌｌｅｒｍｅｔａｌ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｌｅｓ万方数据