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Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC及服役性能

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焊接学报 2020年第5期41卷 1-6+97页

作者：司晓庆李淳郑庆伟亓钧雷冯吉才曹健哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

选用纳米Al2O3颗粒作为增强相,成功开发了Ag-CuO-Al2O3复合钎料,并将其应用于空气反应钎焊固体氧化物燃料电池（SOFC）组件.对复合钎料的空气反应钎焊工艺进行研究,在1 050℃/30 min工艺条件下实现了SOFC电池片与铝化不锈钢连接体的无... 详细信息

选用纳米Al2O3颗粒作为增强相,成功开发了Ag-CuO-Al2O3复合钎料,并将其应用于空气反应钎焊固体氧化物燃料电池（SOFC）组件.对复合钎料的空气反应钎焊工艺进行研究,在1 050℃/30 min工艺条件下实现了SOFC电池片与铝化不锈钢连接体的无缺陷连接,分析了接头两侧界面连接特征以及纳米Al2O3增强相在连接过程中的演化行为.对焊后接头进行高温服役性能测试,探究了接头组织和性能在高温氧化（空气）和还原（H2-50H2O-N2）气氛中的演化规律.结果表明,铝化不锈钢的Al2O3保护层对不锈钢基体起到了良好的保护作用,避免了不锈钢基体在连接以及高温服役过程中的性能衰减,在确保接头组织稳定性中发挥了关键作用.系统分析了高温服役过程对接头气密性的影响,综合评定了Ag-CuO-Al2O3复合钎料空气反应钎焊SOFC组件的适用性.

关键词：固体氧化物燃料电池空气反应钎焊界面组织高温服役

石墨/紫铜间接钎焊接头的界面组织及力学性能

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金属学报 2016年第6期52卷 734-740页

作者：付伟宋晓国龙隆柴鉴航冯吉才王国栋哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学(威海)山东省特种焊接技术重点实验室威海264209

在950℃,30 min条件下,采用含活性元素Ti的Sn0.3Ag0.7Cu-x Ti(x=1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,质量分数,%)金属粉末对石墨进行反应金属化,然后用Sn0.3Ag0.7Cu钎料在真空条件下实现了紫铜和石墨的间接钎焊.钎焊接头的典型界面结构为:紫铜/Cu3Sn/C... 详细信息

在950℃,30 min条件下,采用含活性元素Ti的Sn0.3Ag0.7Cu-x Ti(x=1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,质量分数,%)金属粉末对石墨进行反应金属化,然后用Sn0.3Ag0.7Cu钎料在真空条件下实现了紫铜和石墨的间接钎焊.钎焊接头的典型界面结构为:紫铜/Cu3Sn/Cu6Sn5/b-Sn/Ti C/石墨.在反应金属化过程中金属化粉末中的Ti起到重要作用,而Ti含量对钎焊接头的界面组织和抗剪强度没有影响.随着钎焊温度升高,紫铜中越来越多的Cu溶解到液相钎料中反应生成Cu-Sn化合物,接头的抗剪强度有一定程度的提高.断口分析表明:接头主要在b-Sn层中断裂,并呈现韧性断裂.当Cu-Sn化合物充满整个钎缝(600℃),接头强度大幅提高,达到30 MPa,接头在石墨母材完全断裂.

关键词：金属化石墨紫铜间接钎焊

直流电热冲击辅助多组分氧化物钎焊SiC陶瓷的工艺及性能

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焊接学报 2022年第11期43卷 22-29,I0004页

作者：闫耀天刘柏深曹健亓钧雷哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

开发了一种直流电热冲击辅助高温钎焊新技术,成功实现了18.77Gd_(2)O_(3)−4.83Y_(2)O_(3)−28.22TiO_(2)−8.75ZrO_(2)−39.43Al_(2)O_(3)多组分氧化物钎料与SiC陶瓷母材之间的钎焊连接.加热元件采用碳纤维编织体,在20 A直流电流及800 W截断功率下,实现了最佳剪切强度为136.27 MPa的SiC钎焊接头.多组分氧化物钎料中Al_(2)O_(3)及TiO_(2)组分对实现良好的SiC陶瓷钎焊接头至关重要,其中TiO_(2)组分与SiC在高温下发生反应从而在界面处生成厚度约为10μm的富Ti界面反应层,Al_(2)O_(3)相向母材中渗入而形成的枝状通道起到钉扎效果,有利于提升钎焊接头整体强度.热输入过大时,SiC母材严重分解,大量C元素向钎缝区扩散,导致钎缝区出现明显裂纹缺陷,剪切强度降低至约60 MPa,断裂完全发生于钎缝区.

关键词：直流电热冲击高温钎焊 SiC陶瓷多组分氧化物

预热温度对GTA增材制造钛铝合金组织及性能的影响

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焊接学报 2021年第10期42卷 14-21,I0002页

作者：蔡笑宇董博伦殷宪铼林三宝范成磊哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001

高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差,复杂结构成形技术难度大,制造成本高.电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造过程中仍需注意裂纹控制问题.预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生.文中以Ti6Al4V与ER1... 详细信息

高温结构材料TiAl金属间化合物的可加工性较差,复杂结构成形技术难度大,制造成本高.电弧增材可以实现TiAl基合金的原位低成本柔性制造,但制造过程中仍需注意裂纹控制问题.预热处理通过改善组织可以有效抑制裂纹产生.文中以Ti6Al4V与ER1100纯铝焊丝作为原材料,在200,300,450℃的预热温度下利用TIG焊原位合成了铝含量为50%(原子分数)的TiAl基合金,考察了不同预热温度下TIG电弧增材制造的钛铝合金的组织与力学性能.结果表明,随着预热温度的增加,构件的顶部与中部区域逐渐在γ/α2层片团的晶界析出更多的块状γ相,底部组织变化不明显.预热温度的增加使得合金中γ相增多而α2相减少,导致合金室温硬度减少.同时,弥散分布的块状γ相的增多,使得构件的压缩性能提升,当预热温度为450℃时,构件抗压强度与压缩率最高.

关键词：电弧增材制造钛铝合金预热温度微观组织力学性能

三维封装电迁移Cu互连线的多物理场模拟仿真

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材料导报 2021年第2期35卷 2133-2138页

作者：张墅野鲍天宇修子扬何鹏哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

随着三维封装微互连尺寸向亚微米发展,电流密度大、应力大、散热困难等问题愈发严重,原子尺度迁移失效现象逐渐成为超大规模集成电路不可忽视的可靠性问题。铜比铝的电阻率低,抗电迁移性能更好,是新一代的可靠互连材料,但是对铜互连的... 详细信息

随着三维封装微互连尺寸向亚微米发展,电流密度大、应力大、散热困难等问题愈发严重,原子尺度迁移失效现象逐渐成为超大规模集成电路不可忽视的可靠性问题。铜比铝的电阻率低,抗电迁移性能更好,是新一代的可靠互连材料,但是对铜互连的原子迁移研究仍有不足。现有的电迁移(Electromigration)可靠性解析化模型主要针对单根金属线恒定温度情形下的电迁移分析,这种方法虽然计算较为简单,但是对现实情况的指导意义较小,主要原因:一是现实情况下高密度集成电路中存在温度梯度,二是互连线的三维结构对互连线的温度以及电流分布有重要影响,而这些参数严重影响着金属原子的抗电迁移性能。本工作提出一种新的电迁移仿真建模方法,通过COMSOL多物理场软件建立了经典三维Cu互连线结构。通过有限元仿真得到三维互连线的温度、电流密度和应力分布,获得了更优的数据仿真结果。结果显示,金属互连线中电流在直角内侧有严重的淤积现象,电迁移在互连线转折处最为剧烈;高温区域位于直角内外侧之间,热迁移的程度随着温度的升高而升高;高应力区域主要是互连线的外边缘处,但是应力迁移在总体电迁移中占比较小,几乎可以忽略。另外,Cu互连线的抗电迁移性能总体优于Ag互连线,是优异的高密度集成电路导体材料。

关键词：电迁移互连线原子扩散通量散度温度影响材料影响

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔钎焊C/C复合材料与TiAl合金

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机械工程学报 2018年第9期54卷 108-114页

作者：曹健贺宗晶亓钧雷王厚勤冯吉才哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

采用（Ti/Ni/Cu）f多层箔状钎料进行C/C复合材料与TiAl合金的钎焊,实现了良好的界面结合,保证了接头的高温力学性能。研究结果表明:钎焊过程中,首先在Ti/Ni界面处接触反应形成低熔共晶液相,Cu元素的溶解促进了钎料的完全熔化和扩散,接... 详细信息

采用（Ti/Ni/Cu）f多层箔状钎料进行C/C复合材料与TiAl合金的钎焊,实现了良好的界面结合,保证了接头的高温力学性能。研究结果表明:钎焊过程中,首先在Ti/Ni界面处接触反应形成低熔共晶液相,Cu元素的溶解促进了钎料的完全熔化和扩散,接头组织一般为C/C/TiC/Al2（Cu,Ni）Ti3C/Ti（Cu,Ni）+Al（Cu,Ni）2Ti/Al（Cu,Ni）Ti+Ti3Al/TiAl,Ti（Cu,Ni）基体相和球状弥散分布的Al（Cu,Ni）2Ti相是钎缝的主要组成部分。当钎焊温度较低或者保温时间较短时,由于钎缝中生成了大量的脆性Ti2Ni相,降低了接头的力学性能;当钎焊温度较高或保温时间较长时,C/C复合材料母材界面处开裂,且TiC层从母材脱落,也削弱了接头的抗剪强度。当钎焊温度为980℃,保温时间为10 min时,C/C复合材料与TiAl合金的接头室温抗剪强度达到最大值18 MPa,600℃时接头的高温抗剪强度达到22 MPa。

关键词：复合钎料 C/C复合材料 TiAl合金钎焊界面结构力学性能

激光熔化沉积AlSi10Mg及气孔对力学性能的影响

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中国表面工程 2019年第3期32卷 109-114页

作者：李俐群王宪曲劲宇陶汪哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

采用激光熔化沉积的方法对AlSi10Mg增材制造,制备出致密度大于99%、抗拉强度350 MPa左右、延伸率8%的薄壁墙体试件,利用光学显微镜与扫描电镜分析了沉积态的组织。发现即使增材制造过程水氧含量(体积分数,下同)均控制在1×10^-5以下,试... 详细信息

采用激光熔化沉积的方法对AlSi10Mg增材制造,制备出致密度大于99%、抗拉强度350 MPa左右、延伸率8%的薄壁墙体试件,利用光学显微镜与扫描电镜分析了沉积态的组织。发现即使增材制造过程水氧含量(体积分数,下同)均控制在1×10^-5以下,试件内部仍存在一定的气孔缺陷,气孔均为直径100μm以下的氢气孔。进一步试验表明,环境中的氧体积分数与气孔率呈正相关关系。在保持环境湿度和温度不变的情况下,环境氧含量由1×10^-5增加到1×10^-3,气孔直径略微增大,气孔率由0.45%增大到2.71%,气孔率增加近5倍,同时抗拉强度降低100 MPa左右,降幅超过30%,延伸率降幅超过20%。最后探讨了氢气孔在激光熔化沉积制造的试件中产生的机理,给出了利用激光熔化沉积工艺制备稳定的AlSi10Mg合金的策略。

关键词： AlSi10Mg 激光熔化沉积增材制造气孔力学性能

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轻质金属与陶瓷连接研究综述

机械工程学报 2020年第6期56卷 73-84页

作者：李淳王志权司晓庆亓钧雷冯吉才曹健哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

轻质金属由于其高比强度的优点,在航空航天、能源、汽车、建筑、包装与交通运输等诸多领域中得到了广泛的应用。然而大多数轻质金属的高温强度较低,将轻质金属与陶瓷连接起来制备成复合结构有助于获得质量较轻,高温性能优良的构件。本... 详细信息

轻质金属由于其高比强度的优点,在航空航天、能源、汽车、建筑、包装与交通运输等诸多领域中得到了广泛的应用。然而大多数轻质金属的高温强度较低,将轻质金属与陶瓷连接起来制备成复合结构有助于获得质量较轻,高温性能优良的构件。本文综述了钛合金,铝合金,锆合金与Ti Al金属间化合物等常用轻质金属与AlO、Zr O、Si C、Si O、SiN与MAX相等常见陶瓷及Si Of/Si O和Cf/Si C等陶瓷基复合材料的钎焊,扩散焊的研究现状,并介绍了如中间层法,复合钎料法与界面结构设计等常用的缓解轻质金属与陶瓷接头中残余应力的方法,综述了中间层与复合钎料中增强相的选取原则,讨论了目前轻质金属与陶瓷连接中存在的问题与发展趋势。

关键词：轻质金属陶瓷钎焊扩散焊残余应力

不同激光清洗方法对高强钢表面锈蚀层的去除研究

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中国激光 2019年第7期46卷 78-83页

作者：雷正龙孙浩然陈彦宾田泽哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

采用干式/液膜辅助式激光清洗方法对高强钢表面的锈蚀层进行处理,研究了激光功率对试样表面状态的影响规律,并对两种方法的除锈机理进行了对比分析。结果表明:两种清洗方法都能有效去除试样表面的锈蚀层,且低功率下液膜辅助式激光清洗... 详细信息

采用干式/液膜辅助式激光清洗方法对高强钢表面的锈蚀层进行处理,研究了激光功率对试样表面状态的影响规律,并对两种方法的除锈机理进行了对比分析。结果表明:两种清洗方法都能有效去除试样表面的锈蚀层,且低功率下液膜辅助式激光清洗效果比干式激光清洗效果更好。优化的液膜辅助式激光除锈工艺参数为:激光功率400 W,脉冲频率10 kHz,脉宽30 ns,此时试样表面氧元素的质量分数为3.38%,试样的表面粗糙度为3.04μm。

关键词：激光技术锈蚀层干式激光清洗液膜辅助激光清洗表面质量