辅助电磁场作用下的铝基复合材料钎焊接头界面微观组织及其分析.pdf

　７８　　　材料工程／２０１０年２期　辅助电磁场作用下的铝基复合材料钎焊接头　界面微观组织及其分析　　　　　　　　　　　ＩｎｔｅｒｆａｃｉａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｌｕｍｉｎｕｍＡｌｌｏｙＭＭＣｓＢｒａｚｅｄ　　　　　　ＪｏｉｎｔｗｉｔｈＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＥｌｅｃｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄ　　　于治水，李瑞峰，祁凯　　　　　　　　　　（上海工程技术大学材料工程学院，上海２０１６２０）　—　—　　ＹＵＺｈｉｓｈｕｉ，ＬＩＲｕｉｆｅｎｇ，ＱＩＫａｉ　　　　　　　（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ　　　ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）　　—　　　　　　　　　　　　　摘要：采用ｚｎＡｌ钎料，以铝基复合材料ＳｉＣ／Ａ３５６为研究对象，对该材料辅助电磁场作用下的钎焊工艺及其接头界面　　　　　　　　　　　微观行为进行了探索性的研究。试图通过电磁场效应，控制液固界面处强化相的推斥／吞没行为，并对不同交变方波电　　　　　　　　流峰值作用下的接头微观组织进行分析。研究结果表明，在磁场强度为０．５Ｔ，交变电流频率为１ＯＯＨｚ，电流峰值为７０Ａ　　　　　　　　　　　　　　　　时ＳｉＣ强化颗粒的行为得到了有效的控制，避免了ＳｉＣ强化相颗粒在界面处的偏聚行为，获得了ＳｉＣ强化相颗粒在钎缝　　中均匀分布的铝基复合材料钎焊接头。　　　　　关键词：电磁场；铝基复合材料；钎焊；界面组织　　中图分类号：ＴＧ４５４　　文献标识码：Ａ　———　文章编号：１ＯＯ１４３８１（２０１０）０２００７８０３　　　　　　　　　　　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｐｕｓｈｉｎｇ／ｅｎｇｕｌｆｍｅｎｔｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓ，ｔｈｅｂｒａｚｉｎｇ　　　　　　　　　　　—　　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｊｏｉｎｔｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙＭＭＣｓＳＩＣ／Ａ３５６ｕｓｉｎｇＺｎＡ１ｆｉｌｌｅｒ　　　　　　　　　　　　　　　　ｉｓｓｔｕｄｉｅｄｉｎａｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＡＣｓｑｕａｒｅｐｅａｋｖａｌｕｅ．Ｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｂｅｈａｖ　　　　　　　　　　　　　　ｉｏｒｏｆｔｈｅｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｎｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄｍｅｔａｌｉｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｂｙａｐｐｌｙｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　ｆｏｒｃｅｗｈｅｎｔｈｅｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓ０．５Ｔ，ＡＣｓｑｕａｒｅｃｕｒｒｅｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｉｓ１００Ｈｚａｎｄｐｅａｋｖａｌｕｅｉｓ　　　　　　　　　　　　—　７０Ａ．ＴｈｅＳｉＣｐａｒｔｉｃｌｅｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｕｎｉｆｏｒｍｌｙａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔｔｈｅｂｒａｚｉｎｇｓｅａｍｗｉｔｈｏｕｔｓｅｇ　　　　　ｒｅｇａｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎａｔｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ．　—　　　　　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄ；ａｌｕｍｉｎｕｍａｌｌｏｙｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｂｒａｚｉｎｇ；ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　　　　　　　　　金属基复合材料（ＭＭＣｓ）是一种新的高性能结构　　　　材料，它可使材料同时拥有多种金属以及非金属的性　　　　能，具有高强度、高韧性、耐高温、抗磨损、抗腐蚀等特　殊的性能。目前它已广泛应用于航空、航天、汽车、运　　　　　　输、桥梁、民用建筑、体育设施及国防建设等诸多领　　　域＿１］。一个新材料的广泛应用肯定会涉及到连接问　　　题，而铝基复合材料的缺点就是实现其自身的连接以　及这种材料和纯金属的连接都是非常困难的。在钎焊　　时，由于等温凝固过程中凝固界面将强化相当作杂质　　　点推向最后凝固区域，因此，连接时在接缝处经常出现　　强化相分布不均匀，成为薄弱区域，导致接头力学性能　的下降。如何解决这一问题是焊接工作者近年来非常　　　　　　　　重视的一个焦点问题，也是一个难点问题¨　　２～。　　众所周知，利用电磁场处理技术来细化液态合金　　熔体的凝固组织、过滤和去除铝合金熔体中非金属相，　　　已经在铝合金制备工艺中得到广泛的应用　。但　　　　　　　　　　　是采用辅助电磁场的方法在非真空条件下利用液体流　　变、非金属增强相和熔体电磁性质的差异来控制增强　　相颗粒的分布，从而实现其液相扩散连接还未见相关　　　　　报道。本工作试图通过电磁场效应，控制液固界面处　　　强化相的推斥／吞没行为，使强化相在液相层中作定向　　　　　　　　　　　　　　　迁移运动，实现在铝基复合材料钎缝界面处原位再造　　　复合材料，得到强化相增强复合钎缝。　　　１实验　　　１．１实验材料　　　　本研究所用材料为ＳＩＣ／Ａ３５６铝基复合材料，其　　　　　　　　　中颗粒增强相所占体积分数为１Ｏ，平均直径为２Ｏ　　ｍ，试样加工成棒状，尺寸为￣２０ｍｍ×　１０ｍｍ，其抗拉　　—　　强度为３３８～３７９ＭＰａ。所用钎料为箔状ＺｎＡ１合金，　　　　　　　　其成分为ｚｎ８Ｏ９／５和Ａｌ２０（质量分数），固一液相线温　９０　　　材料工程／２０１０年２期　［２８］　［２９］　［３０］　［３１］　［３２］　［３３］　［３４］—　弧氧化膜的影响［Ｊ］．电镀与环保，２００６，２６（５）：２３２５．　　　　王燕华，王佳，张际标．ＡＺ９１Ｄ镁合金微弧氧化过程中的火花放　—　电现象研究［刀．中国腐蚀与防护学报，２００６，２６（５）：２６７２７１．　　　　　　　　　　ＹＥＲ０ＫＨＩＮＡＬ，ＳＮ１ＺＨＫｏＬ０，ＧＵＲＥＶＩＮＡＮＬ，ｅｔａ１．　　　　　　　—　Ｄｉｓｃｈａｒｇｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｉｎｐｌａｓｍａｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｉｃｏｘｉｄａｔｉｏｎｏｆａｌｕ　　　　　ｍｉｎｉｕｍＥＪ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｈｙｓｉｃｓＤ：ＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓ，２００３，３６—　　（１７）：２１１０２１２０．　　　　　　张先锋，蒋百灵．能量参数对镁合金微弧氧化陶瓷层耐蚀性的　　—　影响［Ｊ］．腐蚀科学与防护技术，２００５，１７（３）：１４１１４３．　　　　　　薛文斌，邓志威，来永春，等．铝微弧氧化电流效率的测定［Ｊ］．　—　电镀与精饰，１９９８，２Ｏ（３）：１４．　　　　　　张以忱，徐辉，董连俊．微弧氧化过程中电流密度对膜层性能　　的影响［Ａ］．第八届全国真空冶金与表面工程学术会议ＥＣ］．沈　　—阳：中国真空学会，２００７．２４６２５１．　　　　　蒋百灵，李均明，时惠英，等．微弧氧化技术在镁合金防护处理　—　中的应用ｒＪ］．汽车工艺与材料，２００３，（５）：２４２７．　　　吴汉华，龙北红，龙北玉，等．钛合金微弧氧化过程中电学参量　—　的特性研究［Ｊ］．物理学报，２００７，５６（１１）：６５３７６５４２．　　　　　　［３５］李文芳，黄京浩，张永君，等．镁合金微弧氧化过程中参数对成　　—　膜效果的影响和优化ＥＪ］．材料工程，２００６，（２）：５１５５．　　　　　［３６］严志军，朱新河，程东，等．影响铝合金微弧氧化起弧电压的因　—　素［Ｊ］．金属热处理，２００７，３２（１１）：８１８３．　　　　　　　　　　［３７］ＹＡＯｚＰ，ＪＩＡＮＧＺＨ，ＸＩＮＳＧ，ｅｔａ１．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｉｍｐｅｄ　　　　　　———　　　ａｎｃｅｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙｏｆｃｅｒａｍｉｃｃｏａｔｉｎｇｓｏｎＴｉ。６Ａ１４Ｖｂｙｍｉｃｒｏ－　　—　ｐｌａｓｍａｏｘｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＥｌｅｃｔｒｏｃｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，２００５，５０（１６１７）：—　　３２７３３２７９．　　　　　基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０９７７０１８）　　　—　　—　　收稿日期：２００９０１０６；修订日期：２００９０８０７　　　　　　作者简介：杨威（１９７８～），男，博士研究生，从事大功率特种电源研究工　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　作，联系地址：哈尔滨市西大直街９２号哈尔滨工业大学４０３信箱　　　（１５０００１），Ｅｍａｉｌ：ｙａｎｇｖ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　∈　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　米米米米来米米米米米米米米米米米米米米米爿米米米米米米米米米来采米米米米米米米米米米米来米米米米米米米　　　（上接第８０页）　　　　４结论　　　　　　　　　（１）通过自制电磁场辅助钎焊装置对铝基复合材　　料进行了成功连接，在适当电磁场参数的复合作用下　　　（磁场强度皆为０．５Ｔ，交变电流频率为ｌＯＯＨｚ，电流峰　　　　　　值为７ＯＡ），ＳｉＣ强化颗粒的行为得到了有效的控制，　　　　　　　　　　　　　　避免了ＳｉＣ强化相颗粒在界面处的偏聚行为，获得了　　ＳｉＣ强化相颗粒在钎缝中均匀分布铝基复合材料钎焊　　接头。　　　（２）电磁力随电流峰值的增加而不断增加，使得　　　钎缝内部的ＳｉＣ强化相得到了更大的移动速度，从而　　　使得更多的强化相脱离凝固界面，钎缝内部强化相分　　　　　　　　布更加趋于均匀、钎缝变得更加致密。　参考文献　　　　　　　　郝斌，段先进，崔华，等．金属基复合材料的发展现状及展望［Ｊ］．　—　材料导报，２００５，１９（７）：６４６８．　　　于治水，李瑞峰，祁凯．金属基复合材料连接方法研究综述［Ｊ］．热　　加工工艺，２００６，３５（７）：４４～４８．　　　　　　　　　　王少刚，徐九华，姜澄宇．铝基复合材料焊接中的若干技术问题—　［Ｊ］．宇航材料工艺，２００６，（４）：１６．　　　　　　陈章兰，高向东，陈永平，等．铝基复合材料连接技术研究现状及　—　展望［Ｊ］．焊接技术，２００５，３４（５）：６８．　　　　　　　许志武，吕世雄。闫久春，等．非连续增强铝基复合材料固相焊接　—　研究现状［Ｊ］．哈尔滨工业大学学报，２００４，３６（５）：５９３５９８．　　　　　　　　　王强，王春江，庞雪君，等．利用强磁场控制过共晶铝硅合金的凝　—　固组织［Ｊ］．材料研究学报，２００４，１８（６）：５６８５７６．　　　　　　　　王俊，孙宝德，疏达，等．材料研究中的电脉冲技术［Ｊ］．材料导报，　—　　１９９９，１３（２）：１９２１．　　　　　　　　　　　—　［８］ＨＡＮＳＣ．Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆａｎｅｌｅｃｔｒｉｃｏｒｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｏｎｔｈｅｌｉｑｕｉｄ　　　　　　　　　　　　ｓｏｌｉｄｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｍａｔｅｒｉａｌｓａｎｄｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅ　　　　　ｓｏｌｉｄＥＪ］．ＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡ，２０００，２８７（２）：—　　２０５２１２．　　　　　　［９］李克，孙宝德，李天晓，等．利用高频磁场分离Ａ１熔体中的非金属　—　夹杂［Ｊ］．金属学报，２００１，３７（４）：４０５４１０．　　　　　　　　　—　［１ｏ］ＳＨＵＤａ，ＳＵＮＢａｏｄｅ，ＬＩＫｅ，ｅｔａ１．Ｐａｒｔｉｃｌｅｔｒａｊｅｃｔｏｒｉｅｓｉｎａｌｕ　　　　　　　　　　ｍｉｎｉｕｍｍｅｌｔｆｌｏｗｉｎｇｉｎａｓｑｕａｒｅｃｈａｎｎｅｌｕｎｄｅｒａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ　　　　　　　ｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙａｓｏｌｅｎｏｉｄ［Ｊ］．ＳｃｒｉｐｔａＭａｔｅｒｉａｌｉａ，—　　２００３，４８：１３８５１３９０．　　　　　　　　　　［ｕ］ＺＨＯＮＧＹＢ，ＲＥＮＺＭ，ＤＥＮＧＫ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｔｏｔｈｅ—　　　　　　　　ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｕｒｉｆｙｉｎｇｌｉｑｕｉｄｍｅｔａｌｃｏｎｔａｉｎｅｄｉｎ　　　　　　　—　ｔｒｉａｎｇｌｅａｎｄｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒｐｉｐｅｂｙｔｒａｖｅｌｉｎｇｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｌｅｄＥＪ］．Ａｃ　　　—　　ｔａＭｅｔａｌｌＳｉｎ，１９９９，３５：５０３５０８．　　　　　　Ｅ１２］钟云波，任忠鸣，孙秋霞，等．电磁场中金属凝固界面前沿颗粒的　—　推斥／吞没行为ｒＪ］．金属学报，２００３，３９（Ｉ２）：１２６９１２７５．　　　　　　　［１３］孙秋霞，钟云波，任忠鸣，等．电磁场对金属凝固界面前沿颗粒行　—　为及分布的影响［Ｊ］．金属学报，２００５，４１（３）：３２１３２５．　　　　　　—　［１４］ＵＨＬＭＡＮＮＤＲ，ＣＨＡＬＭＥＲＳＢ，ＪＡＣＫＳＯＮＫＡ．Ｉｎｔｅｒａｃ　　　　　—　　　ｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｐａｒｔｉｃｌｅｓａｎｄａｓｏｌｉｄｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ｊ］．ＪＡｐｐｌ　　　Ｐｈｙｓ，１９６４，３５：２９８６２９９３．　　　　　　　—　［１５］ＳＨＡＮＧＧｕＡＮＤ，ＡＨＵＪＡＳ，ＳＴＥＦＡＮＥＳＣｕＤＭ．Ａｎａｎａ　　　　　　　　　　ｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｔｈｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｎｉｎｓｏｌｕｂｌｅｐａｒｔｉｃｌｅａｎｄ　　　　—　ａｎａｄｖａｎｃｉｎｇｓｏｌｉｄ／ｌｉｑｕｉｄｉｎｔｅｒｆａｃｅ［Ｊ］．ＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌＴｒａｎｓａｃ　　　—　　ｔｉｏｎｓＡ，１９９２，２３Ａ：６６９６８Ｏ．　　　　　资助项目：国家自然科学基金资助项目（５０８７５１６Ｏ）；上海市教委重点学　　　　科资助项目（Ｊ６１４０２）；上海市科委攻关资助项目（０７１００５１２０）　　—　　——　收稿日期：２００８１２－１８；修订日期：２００９０８２５　　　　　　　　作者简介：于治水（１９６０一），男，教授，博士，现从事新材料连接技术，联　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　系地址：上海市龙腾路３３３号上海工程技术大学材料工程学院—　　　（２０１６２０），Ｅｍａｉｌ：ｙｕｚｈｉｓｈｕｉ＠ｌ６３．ｃｏｍ