SiC顆粒增強(qiáng)LD2復(fù)合材料的真空擴(kuò)散焊.pdf

1、因具有具有比強(qiáng)度高、比模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨損、各向同性等特性，SiCp/LD2基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航空航天，交通運(yùn)輸工具，體育用品及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。隨著其產(chǎn)品成本進(jìn)一步降低，應(yīng)用范圍也將擴(kuò)大，而作為主要的二次加工技術(shù)——焊接，成為阻礙其進(jìn)一步應(yīng)用的主要障礙。所以研究SiCp/LD2基復(fù)合材料的連接具有重要的意義。 本文首先對(duì)SiC顆粒增強(qiáng)LD2鋁基復(fù)合材料進(jìn)行固相擴(kuò)散焊接，分析了焊接主要的難點(diǎn)和問(wèn)題，然后主要研究了LD2鋁

2、基復(fù)合材料的瞬態(tài)擴(kuò)散焊。在進(jìn)行TLP焊接前，對(duì)TLP焊接過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。建立了各個(gè)階段的數(shù)學(xué)模型并且求得其解析解。利用建立的模型求得采用Cu箔作中間層時(shí)，TLP焊接SiCp/LD2基復(fù)合材料所需要保溫時(shí)間為77min。對(duì)于SiCp/LD2基復(fù)合材料的直接擴(kuò)散焊，接頭強(qiáng)度非常低，僅為母材強(qiáng)度的26％。加Cu，Ni，Al-Li合金，Al-Cu-Mg合金中間層固相擴(kuò)散焊后，接頭強(qiáng)度有所提高，其中Al-Li合金中間層取得的強(qiáng)度最高，約為母

3、材強(qiáng)度的50％。焊接的主要難點(diǎn)為：①接頭區(qū)存在蜂窩狀氧化物Al2O3、增強(qiáng)相偏聚等缺陷，阻礙基體與增強(qiáng)相間形成良好的界面層；②連接過(guò)程中接頭界面氧化膜的破碎。Al-Li合金層依靠化學(xué)機(jī)制破碎氧化膜，取得了一定效果。但是，固相焊時(shí)，獲得的最好接頭強(qiáng)度仍然較低。不能滿足使用要求。采用10μm Cu箔作中間層：利用銅與鋁在較低溫度下發(fā)生共晶反應(yīng)，產(chǎn)生瞬時(shí)液相，浸潤(rùn)增強(qiáng)相顆粒，改善增強(qiáng)相/增強(qiáng)相間的接觸，填充界面微觀孔洞，加速原子擴(kuò)散，從而實(shí)現(xiàn)

4、焊接接頭的良好結(jié)合。結(jié)果表明：在560℃，焊接壓力為1MPa，75min的保溫時(shí)間下，成功實(shí)現(xiàn)了SiCp/LD2的擴(kuò)散連接，接頭強(qiáng)度為206.5MPa，接近母材強(qiáng)度的85％。同樣采用30μm Ni箔，在580℃下進(jìn)行SiCp/LD2的TLP連接。結(jié)果表明：接頭中生成Al0.9Ni1.1金屬間化合物，導(dǎo)致接頭剪切強(qiáng)度嚴(yán)重下降。加Cu箔TLP連接SiCp/LD2時(shí)，連接界面附近存在SiC顆粒的偏聚，這種偏聚可能會(huì)導(dǎo)致一些P-P弱結(jié)合，偏聚區(qū)

5、的局部也可能會(huì)存在結(jié)合程度較弱的P-M結(jié)合，這些部位往往會(huì)成為裂紋源，限制了接頭強(qiáng)度的提高。 本文采用復(fù)合中間層對(duì)SiCp/LD2進(jìn)行TLP連接。采用Cu/Al/Cu復(fù)合層，成功避免了連接界面SiC顆粒的偏聚，改進(jìn)了接頭形成機(jī)制。同樣在在560℃，焊接壓力為1MPa，75min的保溫時(shí)間下，接頭區(qū)域完成了等溫凝固和固相成分的均勻化。Cu元素在接頭區(qū)分布均勻，接頭剪切強(qiáng)度達(dá)到了228.8MPa為母材強(qiáng)度的94.3％。而采用Cu/N