銅基中溫無鎘釬料的設計與組織性能分析.pdf

1、工業(yè)中鋼材除可以使用普通的熔化焊焊接外，在特殊工況下要使用釬焊作為其連接手段。Ag-Cu-Zn-Cd系釬料以較低的熔化溫度、窄的熔化溫度區(qū)間、優(yōu)異的接頭釬焊組織在工業(yè)中曾廣泛使用。至上世紀80年代，由于釬料中的鎘元素對神經系統(tǒng)有巨大傷害的事實為世人所知后，在歐洲興起了替代此系釬料的運動。至本世紀初大多數(shù)的含鎘釬料都得到了替代，但是在釬焊鋼材的領域中，替代Ag-Cu-Zn-Cd系釬料依然存在困難。在各種釬料系的選擇過程中，Cu-P系釬料以

2、最為接近此系釬料的熔化溫度和釬焊強度的性質，進入了釬焊研究者的視野。
　　本文在環(huán)保和降低釬料成本的前提下，以Cu-P系釬料為研究對象，通過對元素間的反應特性分析和Cu-Sn-P三元合金室溫截面相圖，優(yōu)化Cu基釬料各組分。用實驗研究和理論分析相結合的方法，對釬料的微觀組織、接頭性能以及界面反應進行了研究，并從中選出較為理想的Cu基釬料。
　　釬料微觀組織分析表明，釬料主要由富Cu相、Cu-P化合物（主要是Cu3P）、Cu-S

3、n化合物相(Cu5.6Sn和Cu81Sn22化合物)、Ni-P化合物（主要是Ni2P）化合物相以及其它化合物（如Ni3Sn、Cu3Sn等）。隨著元素Sn含量的增加，釬料組成相的比例會發(fā)生變化，并有Cu81Sn22化合物相出現(xiàn)，銅基固溶體含量上升；而隨著元素Ni的加入，釬料中錫青銅相被細化并把Cu-P共晶排斥于晶界處，并會形成新的Ni2P相；隨著元素P含量的增加，釬料的微觀組織中Cu3P含量增加，當含P量繼續(xù)增大時，Cu3P相在金相中消失

4、，共晶狀組織分布增加。對釬料進行差熱分析，大部分設計釬料的熔化溫度為600℃左右，但固液溫度區(qū)間從20℃～65℃不等。
　　試驗采用氬氣保護高頻感應釬焊方法，對1Cr18Ni9Ti不銹鋼進行釬接試驗。釬焊接頭采用壓剪試驗測試強度，并利用SEM、XRD等測試手段分析各種元素對于釬縫組織的影響，結合差熱分析對釬料進行綜合性能評定。在研究過程中發(fā)現(xiàn)Ni、Sn和P對于釬縫有不同的作用方式；元素間形成的化合物相和固溶體相在釬縫中的分布對于釬