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稀有金属材料与工程 2016年第2期45卷 449-453页

作者：张鹏贤马驰原于海宇兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室甘肃兰州730050

针对钛/钢钎焊接头金属间化合物引起的焊缝组织性能恶化问题,通过对比试验,研究了母材匹配面镀ni层对接头原子扩散行为、微观组织和力学性能的影响机制。结果表明:ni层对Fe、Ti等元素扩散的阻碍作用程度上存在差异,这种差异性与ni层在... 详细信息

针对钛/钢钎焊接头金属间化合物引起的焊缝组织性能恶化问题,通过对比试验,研究了母材匹配面镀ni层对接头原子扩散行为、微观组织和力学性能的影响机制。结果表明:ni层对Fe、Ti等元素扩散的阻碍作用程度上存在差异,这种差异性与ni层在接头区域中的介入位置相关。ni层阻碍作用改变了Fe、Ti等元素在接头各区域的原子浓度分布,减缓了原子之间的冶金反应程度,降低了脆性金属间化合物的生成量。ni层的介入可使接头微观组织和力学性能得到有效改善。

关键词：镀ni层原子扩散剪切强度金属间化合物

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ni层对钛/钢钎焊接头组织和性能的影响机制

Ni层对钛/钢钎焊接头组织和性能的影响机制

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作者：马驰原兰州理工大学

学位级别：硕士

钛及其合金因其质轻、耐腐蚀并且具有较好的综合力学性能,逐渐取代了一些容易受到严重腐蚀的合金,像铜合金等一些合金,但由于钛及其合金的价格昂贵,导致钛及其合金在工业应用中受到极大的限制。不锈钢具有很好的性能,相比钛及钛合金而言... 详细信息

钛及其合金因其质轻、耐腐蚀并且具有较好的综合力学性能,逐渐取代了一些容易受到严重腐蚀的合金,像铜合金等一些合金,但由于钛及其合金的价格昂贵,导致钛及其合金在工业应用中受到极大的限制。不锈钢具有很好的性能,相比钛及钛合金而言,其应用成本较低,所以将两种金属连接起来应用于航天、航空以及各个领域。研究钛及钛合金与不锈钢的焊接,具有独特的优势和良好的经济效益,然而,在钛／钢异种金属焊接过程中,由于在接头中易形成脆性金属间化合物及低熔点共晶组织,这些组织的存在降低了接头的综合力学性能,导致接头的服役性降低。为了解决钛／钢接头金属间化合物引起的焊缝组织性能恶化问题,在本试验中以Ag45CuZn为钎料,采用真空钎焊的方法,通过在钛合金与不锈钢母材匹配面镀ni层,研究了镀ni层对基体匹配面性能以及接头原子扩散行为、微观组织和力学性能的影响机制,试验结果分析表明：(1)在TC4钛合金与304不锈钢匹配面电化学ni层,通过对膜层微观组织及表面成分研究表明,所镀ni层在TC4钛合金与304不锈钢表面仍旧以膜层的形式存在,只有少数ni和母材中的元素发生了结合,形成ni-Cr-Fe以及(Cr,ni)的聚集物,并且当ni层厚度超过一定数值时,膜层孔洞直径将会大大减小和在TC4钛合金表面镀ni层相比而言,不锈钢表面ni膜的孔洞直径几乎处于同一数量值,并且组织均匀。(2)对孔洞周围的组织做点扫描分析表明,Fe原子是通过ni层的孔洞扩散到ni膜表面,无法穿越膜层致密的区域扩散到表面,孔洞直径的大小是限制不锈钢中的Fe原子穿过ni层扩散的其它区域的主要原因。(3)ni层对Fe、Ti等原子扩散的阻碍程度存在差异,这种差异性与ni层在接头区域中的介入物理位置有关,在不锈钢侧镀ni使组织和性能得到改善,而在钛合金侧镀ni却使得组织和性能恶化。(4)不锈钢侧镀ni改变了Ti、Fe等原子在各区的原子浓度分布,原子间冶金反应程度明显降低,接头组织形态更为均匀,并且使接头中Ti-Fe等金属间化合物的生成量下降,从而使其接头剪切强度明显提高。(5)由于钛合金侧易形成Fe、Ti、Cr、ni元素的富集,形成FeTi+Cr2Ti+β-Ti的共晶组织,致使近钛合金区域成为整个钎焊接头力学性能的薄弱区。

关键词：镀ni层孔洞直径原子扩散金属间化合物

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Sn58Bi/Cu钎焊接头组织及性能的调控

Sn58Bi/Cu钎焊接头组织及性能的调控

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作者：郭义乐南昌航空大学

学位级别：硕士

由于Pb对环境和健康的不良问题,全球范围内正在进行大规模的无铅过渡。Sn Bi基焊料合金由于熔点低,拉伸强度高等优点而受到广泛关注。然而Sn Bi基焊料在服役过程中脆性金属间化合物生长过快以及界面Bi偏析等缺陷制约其在封装行业的应用... 详细信息

由于Pb对环境和健康的不良问题,全球范围内正在进行大规模的无铅过渡。Sn Bi基焊料合金由于熔点低,拉伸强度高等优点而受到广泛关注。然而Sn Bi基焊料在服役过程中脆性金属间化合物生长过快以及界面Bi偏析等缺陷制约其在封装行业的应用。本文以Sn58Bi钎料为基础,研究Nb纳米颗粒增强、Cu基板镀ni改性以及两种工艺联合处理对Sn58Bi/Cu钎焊接头组织及性能的影响。研究Nb纳米颗粒对Sn58Bi/Cu钎焊接头组织及性能的影响。研究结果表明,向Sn58Bi钎料中添加Nb纳米颗粒,钎缝中Nb、Sn元素反应生成NbSn化合物颗粒具有异质形核作用,细化Bi相以及β-Sn相组织。当Nb纳米颗粒含量为0.9wt%,Sn58Bi-0.9Nb/Cu接头抗剪强度为21.78 MPa,相较于未添加颗粒时的接头性能提升17%。当Nb纳米颗粒含量超过0.9 wt%,NbSn化合物颗粒堆积团聚形成粗大的NbSn化合物,对组织的细化作用降低,接头的力学性能性能下降。通过时效实验发现,Nb纳米颗粒的添加阻碍孔洞及裂纹的产生,抑制脆性CuSn化合物的生成。在相同时效时间下,Sn58Bi-0.9Nb/Cu接头的抗剪强度高于Sn58Bi/Cu接头。研究Cu基板镀ni改性对Sn58Bi/Cu钎焊接头组织及性能的影响。研究结果表明,镀ni层的栅栏作用能有效阻挡Cu、Sn元素在基板与钎料之间相互扩散,促使Sn元素、ni元素反应生成niSn化合物,抑制脆性CuSn化合物的生成。Sn58Bi/(ni)Cu接头的抗剪强度为24.14 MPa,较未镀ni改性的接头力学性能提升30%。通过恒温时效发现,镀ni层能有效阻碍界面中孔洞及裂纹的生长,抑制Bi原子沿界面析出形成偏聚,提升Sn58Bi/Cu接头的服役稳定性。研究Nb纳米颗粒与镀ni改性联合处理对Sn58Bi/Cu接头组织及性能的影响。研究结果表明,Nb、Sn元素反应生成的NbSn化合物颗粒能有效提升复合钎料中富Bi相以及β-Sn相的形核率,且镀ni改性后,界面ni元素的浓度较高,降低钎料表面张力,进一步细化钎料组织。焊后Sn58Bi-0.9Nb/(ni)Cu接头抗剪强度为26.21 MPa,相较于Sn58Bi/Cu接头,其抗剪强度提高40%。在时效过程中,由于niSn化合物生成焓较高,同时Nb纳米颗粒的添加降低了Sn元素活性,有效延缓接头界面IMC层的生长速度,抑制Bi相在界面偏聚,进一步提升Sn58Bi/Cu接头的服役稳定性。

关键词： Sn58Bi 纳米颗粒镀ni层抗剪强度

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