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钛合金板翅式结构双热源真空钎焊过程热流耦合仿真研究

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现代交通与冶金材料 2024年第4期 58-63+74页

作者：马龙飞王建峰李悦刘战王磊磊沈元勋占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院郑州机械研究所有限公司

本文构建了电阻生热与辐射加热双热源耦合作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程热-流耦合模型，对比分析了单热源与双热源温度场的差异性，探明了双热源作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程温度场分布与钎料流动规律。结果表明，板翅式... 详细信息

本文构建了电阻生热与辐射加热双热源耦合作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程热-流耦合模型，对比分析了单热源与双热源温度场的差异性，探明了双热源作用下的钛合金板翅结构真空钎焊过程温度场分布与钎料流动规律。结果表明，板翅式结构外侧区域温度高，中心区域温度低，双热源作用下板翅构件表面温度较高。这是由于热传导传温效率更高，双热源作用下板翅结构的升温速率更快。整个加热过程中，单热源加热的板翅结构温差最大约155 K；在双热源作用下，板翅结构温差最大约70 K。因此，在辐射-电阻双热源的共同作用下工件的温度均匀性得到了明显改善。钎料流动分布同温度场分布相似，温度越高钎料熔化越充分，流动性越好。

关键词：真空钎焊板翅式结构双热源仿真热流耦合

含氟化物银钎剂去除304不锈钢表面氧化膜的机理

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稀有金属材料与工程 2022年第12期51卷 4502-4507页

作者：赵月龙伟民黄森钟素娟沈元勋王路乙郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室河南郑州450001 中机智能装备创新研究院(宁波) 浙江宁波315700

使用银钎剂(由K_(2)B_(4)O_(7)、H_(3)BO_(3)、KF或KHF_(2)组成)去除304不锈钢表面氧化膜,研究了银钎剂对304不锈钢表面氧化膜的去除机理。结果表明,700℃时,在钎剂成分中某一成分的单独作用下,K_(2)B_(4)O_(7)和KF不能去除304不锈钢表... 详细信息

使用银钎剂(由K_(2)B_(4)O_(7)、H_(3)BO_(3)、KF或KHF_(2)组成)去除304不锈钢表面氧化膜,研究了银钎剂对304不锈钢表面氧化膜的去除机理。结果表明,700℃时,在钎剂成分中某一成分的单独作用下,K_(2)B_(4)O_(7)和KF不能去除304不锈钢表面氧化膜;在任意2种成分的协同作用下,只有K_(2)B_(4)O_(7)与H_(3)BO_(3)的混合物在700℃下不能熔化,其余二元混合物均能与钢板表面氧化物反应;自由能(ΔG_(m)^(θ))和反应平衡常数(K^(θ))的计算结果显示,钎剂去除氧化膜的主要原因是该过程中钎剂中的F替代氧化物中的O,该反应的平衡常数达到1.3×10^(167),自由能小于零,反应可以进行。XRD结果显示,在2θ=18°位置的峰形发生改变,说明KF被KHF_(2)替代后,钎剂去除氧化膜的机理发生变化。含有KF和KHF_(2)的3号钎剂在540℃时可以有效去除钢板表面氧化膜,与钎剂的反应产物具有非晶结构特征。

关键词：去膜机理银钎剂 304不锈钢

感应加热金刚石/镍基复合涂层微观组织与性能

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稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 1027-1035页

作者：司浩秦建钟素娟龙伟民路全彬沈元勋郑州机械研究所有限公司、新型钎焊材料与技术国家重点实验室河南郑州450001 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机... 详细信息

采用感应加热的方式,在65Mn钢基体表面制备了金刚石质量分数为10%的复合镍基涂层,利用SEM、EPMA、XRD对钎涂接头的微观组织和相组成进行了分析,研究了感应钎涂中金刚石/钎料界面的元素扩散机制和形成机制。并利用干砂橡胶轮磨损试验机测试了涂层的耐磨性能,分析了金刚石/镍基涂层的耐磨增强机制。结果表明,钎涂层中钎料合金物相主要为Ni_(4)B_(3)、(Ni,Fe)固溶体、Ni_(3)Si_(2)、CrB;金刚石与钎料合金发生了冶金反应,金刚石/钎料合金界面的C元素分布促使金刚石表面出现了双层碳化物结构,分别为金刚石侧的Cr_(3)C_(2)和在Cr_(3)C_(2)表面生长的Cr7C3。金刚石复合涂层的耐磨性能显著优于钢基体,涂层60min磨损失重仅0.25g,为钢对比试样磨损失重的1/12,金刚石在磨损过程中起到了阻挡犁沟扩展的作用,涂层的失效机制为镍基合金磨损和金刚石的脱落。

关键词：感应加热钎涂金刚石镍基钎料耐磨性能

梯度三明治钎料钎焊过程组织演变及力学性能分析

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焊接学报 2023年第9期44卷 37-43,I0005页

作者：张冠星钟素娟沈元勋董宏伟薛行雁郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001

三明治复合钎料是实现硬质合金与钢可靠钎焊连接的重要技术,复合层间及其与基体间的界面层组织形态对力学性能有着重要影响.系统分析了不同钎焊温度、时间条件下梯度三明治复合钎料钎缝组织演变规律,分析了影响力学性能的关键因素.试验... 详细信息

三明治复合钎料是实现硬质合金与钢可靠钎焊连接的重要技术,复合层间及其与基体间的界面层组织形态对力学性能有着重要影响.系统分析了不同钎焊温度、时间条件下梯度三明治复合钎料钎缝组织演变规律,分析了影响力学性能的关键因素.试验结果表明,梯度三明治复合钎料与钢和硬质合金基体界面形成分为4个阶段:界面组织形成、长大、溶合、重排.梯度钎料中间CuMn2层随着保温时间的延长,由初始连续状逐渐变为孤立的小岛,周围被低Mn铜固溶体包围;继续延长保温时间,CuMn2层消失,整个钎缝由铜固溶体、银固溶体和银铜共晶组成.钎缝抗剪强度在780℃、保温2.5 min时达到最高285 MPa,Co,Ni元素此时发生长程扩散,聚集在中间层CuMn2附近,提高了CuMn2中间层强韧性,在断口韧窝的根部分布着Co基颗粒强化相;进一步延长保温时间,Co,Ni等钎缝强韧化元素开始分散,钎缝组织粗化,强度降低.

关键词：梯度三明治钎料界面扩散抗剪强度

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钨铜/铍青铜异质钎焊界面组织与性能

焊接学报 2022年第4期43卷 50-54,I0005,I0006页

作者：沈元勋王路乙李秀朋李云月宋晓国龙伟民郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室哈尔滨150001 中机智能装备创新研究院(宁波)有限公司宁波315700

采用BAg56CuZnSn,BAg50ZnCdCuNi和BAg49ZnCuMnNi银钎料实施了钨铜合金/铍青铜异质材料接头的感应钎焊连接,研究了其钎焊界面组织与力学性能.结果表明,3种银钎料均能获得完好界面钎焊接头,钎料与钨铜和铍青铜形成较好冶金结合.钎料与铍... 详细信息

采用BAg56CuZnSn,BAg50ZnCdCuNi和BAg49ZnCuMnNi银钎料实施了钨铜合金/铍青铜异质材料接头的感应钎焊连接,研究了其钎焊界面组织与力学性能.结果表明,3种银钎料均能获得完好界面钎焊接头,钎料与钨铜和铍青铜形成较好冶金结合.钎料与铍青铜界面冶金结合充分,形成明显互扩散区.钎料与钨铜钎焊界面清晰,且钎料向钨铜近界面区域形成明显扩散渗入现象.强度测试表明,BAg49ZnCuMnNi钎焊接头强度最高,达到250 MPa,接头断裂均发生在钨铜侧钎焊界面.分析表明,钎料向钨铜渗入明显促进界面结合,钎料中添加镍,由于镍与钨的扩散互溶进一步提高界面冶金结合,Mn元素添加明显细化钎缝晶粒,接头强度显著提升.

关键词：钨铜铍青铜异质钎焊界面组织力学性能

梯度三明治银基钎料复合界面组织及生长动力学研究

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材料科学与工艺 2022年第3期30卷 28-35页

作者：张冠星龙伟民沈元勋张雷王蒙董宏伟郑州机械研究所有限公司郑州450001

针对梯度钎料轧制过程中易出现撕裂的问题,借助扫描电镜、EDS能谱仪、万能力学试验机等手段研究气保护热压复合BAg40CuZnNi/CuMn2/BAg40CuZnNiMnCo梯度三明治复合钎料均匀化退火工艺对界面扩散组织和性能的影响规律,探明复合界面生长行... 详细信息

针对梯度钎料轧制过程中易出现撕裂的问题,借助扫描电镜、EDS能谱仪、万能力学试验机等手段研究气保护热压复合BAg40CuZnNi/CuMn2/BAg40CuZnNiMnCo梯度三明治复合钎料均匀化退火工艺对界面扩散组织和性能的影响规律,探明复合界面生长行为,为优化退火工艺提供技术参考。研究结果表明:热压复合界面扩散层主要为富铜相、富银相;随均匀化退火时间的延长,界面两侧元素不断发生互扩散,界面结合强度有所下降,当保温时间在5~18 h时强度稳定在180 MPa左右。继续延长时间,界面扩散层厚度超过20μm,脆性的AgZn;相尺寸不断粗化增大,强度由初始态的260 MPa下降到100 MPa左右,导致复合钎料在轧制过程中出现开裂。退火不同时间后,界面扩散层厚度逐渐增加,其趋势符合抛物线法则;当退火温度达823 K,保温18 h时,扩散层厚度由原来的12.5μm增加到22.4μm;运用Arrhenius方程计算得出界面扩散层生长激活能为20.8108 kJ/mol,并获得其生长动力学模型,通过此模型可对扩散层厚度进行初步计算。

关键词：钎焊材料梯度三明治界面扩散微观组织生长动力学

烧结时间对自钎剂钎料显微组织和力学性能的影响

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焊接学报 2014年第7期35卷 59-62,116页

作者：李秀朋龙伟民沈元勋裴夤崟郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001

采用热压烧结法制备了Al88Si自钎剂钎料环,研究了不同烧结时间条件下自钎剂钎料的显微组织和3003铝合金钎焊接头显微组织及力学性能.结果表明,钎料显微组织为AlSi基体、块状初晶硅相和颗粒状KAlF4;随着烧结时间的增长,钎料中钎剂活性降... 详细信息

采用热压烧结法制备了Al88Si自钎剂钎料环,研究了不同烧结时间条件下自钎剂钎料的显微组织和3003铝合金钎焊接头显微组织及力学性能.结果表明,钎料显微组织为AlSi基体、块状初晶硅相和颗粒状KAlF4;随着烧结时间的增长,钎料中钎剂活性降低.3003铝合金钎焊接头钎缝组织由αAl固溶体和针状共晶硅相组成;随着烧结时间的增长,钎料的流铺性能越来越差,钎焊接头中裂纹、固体夹杂、未钎满、孔穴等缺陷逐渐增多,钎焊接头强度降低.

关键词：自钎剂钎料铝及其合金铝硅钎料烧结时间

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真空钎焊6063铝合金蜂窝板微观组织

焊接 2023年第12期 6-11,16页

作者：李云月李秀朋沈元勋王路乙裴夤崟浦娟郑州机械研究所有限公司新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001 江苏科技大学江苏镇江212000

采用4004钎料真空钎焊6063铝合金蜂窝板,研究了不同蜂窝芯厚度对钎焊接头微观组织的影响。结果表明,在钎焊温度为585℃、保温时间为20 min时,厚度为0.10 mm蜂窝芯无法钎焊成形。3种不同厚度蜂窝芯均有熔蚀现象产生。当单层蜂窝芯厚度为0... 详细信息

采用4004钎料真空钎焊6063铝合金蜂窝板,研究了不同蜂窝芯厚度对钎焊接头微观组织的影响。结果表明,在钎焊温度为585℃、保温时间为20 min时,厚度为0.10 mm蜂窝芯无法钎焊成形。3种不同厚度蜂窝芯均有熔蚀现象产生。当单层蜂窝芯厚度为0.10 mm和0.15 mm时,在钎焊界面反应区存在白色的Al-Si共晶相,其形貌在单层窝芯厚度0.10 mm时为块状,其形貌在单层窝芯厚度0.15 mm时为树枝状;当单层蜂窝芯厚度为0.21 mm时,白色的Al-Si共晶相消失,仅存在Si元素富集相。双层蜂窝芯厚度为0.10 mm的蜂窝板钎焊界面坍塌;当双层蜂窝芯厚度为0.15 mm时,界面反应区(富Si金属间化合物相)较大,但是芯材没有发生熔解现象,界面反应区与芯材之间也形成部分影响区(α-Al固溶体相),面板与界面反应区之间的影响区也小于双层蜂窝芯厚度为0.10 mm的影响区;当双层蜂窝芯厚度达到0.21 mm时,面板与界面反应区中间的影响区增大,芯材同样没有发生熔解现象,芯材界面反应区变小;即双层蜂窝芯脆性富Si金属间化合物减少,α-Al固溶体相增多。

关键词：铝蜂窝板真空钎焊微观组织熔蚀

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烧结压力对自钎剂钎料性能的影响

焊接学报 2015年第3期36卷 97-100,6页

作者：李秀朋龙伟民陈曦沈元勋钟素娟郑州机械研究所新型钎焊材料与技术国家重点实验室郑州450001 河南工业大学土木建筑学院郑州450001

采用热压烧结法制备了Al-12Si自钎剂钎料环,对不同烧结压力下钎料的润湿性、显微硬度和显微组织进行了研究.结果表明,自钎剂钎料润湿性环随着烧结压力升高呈现上升趋势,在烧结压力为222 MPa时铺展面积达到152 mm2;随着烧结压力的增大,... 详细信息

采用热压烧结法制备了Al-12Si自钎剂钎料环,对不同烧结压力下钎料的润湿性、显微硬度和显微组织进行了研究.结果表明,自钎剂钎料润湿性环随着烧结压力升高呈现上升趋势,在烧结压力为222 MPa时铺展面积达到152 mm2;随着烧结压力的增大,自钎剂钎料密度、显微硬度逐渐增大,但上升趋势变缓;钎料显微组织主要是灰色基体上均匀分布着黑色大块状相和白色小颗粒;XRD结果显示自钎剂钎料只有α-Al固溶体,初晶硅和Nocolok钎剂三种物相,热压烧结法制备自钎剂钎料未发生氧化、水解等反应,加上硅的活化作用保证了钎料高活性.

关键词：自钎剂钎料铝及其合金铝硅钎料润湿性