石墨反應(yīng)金屬化及其與紫銅間接釬焊工藝及機(jī)理研究.pdf

1、石墨-紫銅復(fù)合結(jié)構(gòu)件已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在航空航天、機(jī)械、汽車等領(lǐng)域。對(duì)于石墨與紫銅的連接，本文提出了先用金屬化粉末對(duì)石墨表面進(jìn)行反應(yīng)金屬化，再將金屬化后的石墨與紫銅進(jìn)行釬焊連接的方法，研究了Cr含量、溫度以及時(shí)間對(duì)金屬化粉末在石墨表面潤(rùn)濕、石墨/紫銅間接釬焊接頭組織及力學(xué)性能的影響，并對(duì)潤(rùn)濕機(jī)理、金屬化機(jī)理、釬焊機(jī)理進(jìn)行了闡述。
　　用機(jī)械球磨的方式得到不同Cr含量的金屬化粉末Sn0.3Ag0.7Cu-x％Cr(wt.%，x=1，3，

2、5，7，9，11)，在球磨進(jìn)程中金屬化粉末之間并未產(chǎn)生冶金結(jié)合，金屬化粉末的熔化區(qū)間為212℃-226℃。對(duì)金屬化粉末在石墨表面的潤(rùn)濕研究表明，活性元素Cr的加入改善了金屬化粉末在石墨表面的潤(rùn)濕性，Sn0.3Ag0.7Cu-x%Cr(wt.%，x=3，5，7，9，11)在750℃-850℃時(shí)在石墨表面的潤(rùn)濕角急劇減小，Cr元素在該溫度區(qū)間內(nèi)活性增大與石墨反應(yīng)速度增加，Sn0.3Ag0.7Cu-x%Cr在石墨表面的鋪展?jié)櫇袷峭ㄟ^活性元素C

3、r與石墨基體發(fā)生反應(yīng)生成Cr-C化合物層來實(shí)現(xiàn)的。
　　利用Sn0.3Ag0.7Cu-x%Cr粉末在950℃，保溫30min的條件下實(shí)現(xiàn)了石墨表面的反應(yīng)金屬化。石墨反應(yīng)金屬化層典型結(jié)構(gòu)為：β-Sn/Cr3C2/石墨。在使用金屬化粉末對(duì)石墨表面進(jìn)行處理時(shí)，Cr元素與石墨基板相互作用，形成了一層Cr3C2化合物層。試驗(yàn)獲得最佳金屬化粉末成分為Sn0.3Ag0.7Cu-9%Cr，最佳的金屬化溫度為950℃。采用試驗(yàn)所得參數(shù)成功實(shí)現(xiàn)了石墨

4、換向器表面的金屬化。
　　利用Sn0.3Ag0.7Cu焊膏在250℃，保溫60s-120s，在空氣中實(shí)現(xiàn)了石墨與紫銅的間接釬焊。石墨/紫銅間接釬焊接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為：紫銅/Cu6Sn5/β-Sn/Cr3C2/石墨。釬焊接頭的微觀組織結(jié)構(gòu)不隨時(shí)間反生變化；接頭的抗剪強(qiáng)度隨著釬焊保溫時(shí)間的增加呈現(xiàn)出先增加后減小的變化，當(dāng)釬焊保溫時(shí)間為80s時(shí)，得到最大的抗剪強(qiáng)度值，為25MPa。并且在最佳工藝參數(shù)250℃/80s的條件下實(shí)現(xiàn)了石墨換

5、向器的間接釬焊。在600℃，保溫5min，真空環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了金屬化后的石墨與紫銅的釬焊，石墨/紫銅間接釬焊接頭的典型界面結(jié)構(gòu)為：紫銅/Cu3Sn/Cu6Sn5/β-Sn/Cr3C2/石墨；當(dāng)金屬化粉末中Cr含量為9%時(shí)抗剪強(qiáng)度達(dá)到最大值，為28MPa。在釬焊進(jìn)程中，在250℃保溫60s-120s的參數(shù)下，因?yàn)楸剡^程短，Cu與Sn發(fā)生化學(xué)反應(yīng)僅生成Cu6Sn5；在600℃保溫5min的條件下，由于保溫時(shí)間較長(zhǎng)，溫度較高，Cu6Sn5分解成