3N4/2024Al铝基复合材料'> Sn―Zn―Ti钎料钎焊Si3N4/2024Al铝基复合材料

【摘 要】在低温钎料元素钎焊铝基复合材料，并研究了所获钎焊接头的组织结构、力学性能及形成机理。

【关键词】Sn-Zn-Ti钎料；铝基复合材料

0.序言

铝基复合材料是金属基复合材料中应用最广的一种，它具有良好的塑形和韧性，再加上它所具有的易加工性、工程可靠性以及价格低廉等优点，铝基复合材料要比一般的铝合金强度高主要是因为颗粒存在的原因[1]。当铝基复合材料承受载荷时，颗粒不但和基体一样承担载荷还能约束基体变形，通过Orawan位错绕过机制，我们知道颗粒在铝基复合材料中阻碍了位错运动，所以铝基复合材料相对于普通的铝合金强度要大很多，因此它成为当今金属基复合材料研究和发展的主流。目前，用于高体积含量陶瓷增强铝基复合材料的焊接方法还处在探索阶段，对于Si3N4/2024Al铝基复合材料连接的研究几乎空白。因此，解决在焊接中存在的问题迫在眉睫。本文对Si3N4/2024Al基复合材料的钎焊工艺及机理进行研究，为以后这种材料的广泛应用打下了良好的理论基础。

2.不同钎料在Si3N4/2024Al铝基复合材料表面的润湿性

这是因为，在一定的温度下，Zn元素在钎料润湿复合材料的过程中挥发，以蒸汽的形式沉积到母材铝合金表面氧化膜下，将氧化膜抬起，钎料沿氧化膜缺陷渗透，扩散进入母材。由此可见，高温为Zn元素的大量挥发提高条件，Zn元素的挥发在钎料向母材中的扩散起到了至关紧要作用。

将处理好的钎料和复合材料母材放入真空润湿角测量仪中在530℃保温10min的工艺参数下进行润湿性试验，可以发现铝基复合材料表面的润湿角非常大。钎料在复合材料表面形成的扩散层，扩散深度达到650μm。

采用Sn-Zn-Ti钎料钎焊复合材料，在钎料熔化后，钎料中的Zn元素挥发，以蒸汽的形式沉积到母材铝合金表面氧化膜下，将氧化膜抬起，钎料沿氧化膜缺陷向沉淀有蒸发Zn元素的界面铺展渗透，钎料中的Sn元素和母材当中的Al元素发生相互扩散。母材当中的Al元素扩散到钎料层当中，在块状的富Ti相周围与Ti元素形成化合物TiAl3；还有少部分的Ti元素也向母材当中扩散，在钎料与母材的交界处，形成细小的块状Ti-Al化合物；钎料当中的Sn元素扩散到母材当中只以β-Sn单质形式存在，并未与母材中的Al基体和Si3N4基体发生反应。从扫描电镜照片和XRD分析可以看出，扩散层当中的Al元素含量不多，多数Al元素都扩散到钎料当中，而Sn元素在母材当中的扩散路径也非常长，可见Sn元素向母材当中的扩散现象非常剧烈。但是，无论在能谱分析和XRD分析中，都很难找到Zn元素的存在，分析认为在真空钎焊高温加热过程中，Zn元素极易挥发，已经大部分散失。对Sn-Zn-Ti钎料在450℃下保温10min焊接的钎焊接头进行剪切强度测试，得出接头的剪切强度为11.28MPa。由断口形貌及其表面元素扫描结果分析可知，断裂面与扩散层成分一致，其断裂发生在钎料层与扩散层之间。

4.结论

参考文献：

[1]王玺. 复合材料的尺寸稳定性能研究[D]， 哈尔滨工业大学硕士学位论文， 2010： 30-50.