SiC顆粒增強LD2復合材料的真空擴散焊.pdf

1、因具有具有比強度高、比模量高、熱膨脹系數(shù)小、耐磨損、各向同性等特性，SiCp/LD2基復合材料廣泛應用于航空航天，交通運輸工具，體育用品及電子產(chǎn)品等領(lǐng)域。隨著其產(chǎn)品成本進一步降低，應用范圍也將擴大，而作為主要的二次加工技術(shù)——焊接，成為阻礙其進一步應用的主要障礙。所以研究SiCp/LD2基復合材料的連接具有重要的意義。 本文首先對SiC顆粒增強LD2鋁基復合材料進行固相擴散焊接，分析了焊接主要的難點和問題，然后主要研究了LD2鋁

2、基復合材料的瞬態(tài)擴散焊。在進行TLP焊接前，對TLP焊接過程進行了詳細的分析。建立了各個階段的數(shù)學模型并且求得其解析解。利用建立的模型求得采用Cu箔作中間層時，TLP焊接SiCp/LD2基復合材料所需要保溫時間為77min。對于SiCp/LD2基復合材料的直接擴散焊，接頭強度非常低，僅為母材強度的26％。加Cu，Ni，Al-Li合金，Al-Cu-Mg合金中間層固相擴散焊后，接頭強度有所提高，其中Al-Li合金中間層取得的強度最高，約為母

3、材強度的50％。焊接的主要難點為：①接頭區(qū)存在蜂窩狀氧化物Al2O3、增強相偏聚等缺陷，阻礙基體與增強相間形成良好的界面層；②連接過程中接頭界面氧化膜的破碎。Al-Li合金層依靠化學機制破碎氧化膜，取得了一定效果。但是，固相焊時，獲得的最好接頭強度仍然較低。不能滿足使用要求。采用10μm Cu箔作中間層：利用銅與鋁在較低溫度下發(fā)生共晶反應，產(chǎn)生瞬時液相，浸潤增強相顆粒，改善增強相/增強相間的接觸，填充界面微觀孔洞，加速原子擴散，從而實現(xiàn)

4、焊接接頭的良好結(jié)合。結(jié)果表明：在560℃，焊接壓力為1MPa，75min的保溫時間下，成功實現(xiàn)了SiCp/LD2的擴散連接，接頭強度為206.5MPa，接近母材強度的85％。同樣采用30μm Ni箔，在580℃下進行SiCp/LD2的TLP連接。結(jié)果表明：接頭中生成Al0.9Ni1.1金屬間化合物，導致接頭剪切強度嚴重下降。加Cu箔TLP連接SiCp/LD2時，連接界面附近存在SiC顆粒的偏聚，這種偏聚可能會導致一些P-P弱結(jié)合，偏聚區(qū)

5、的局部也可能會存在結(jié)合程度較弱的P-M結(jié)合，這些部位往往會成為裂紋源，限制了接頭強度的提高。 本文采用復合中間層對SiCp/LD2進行TLP連接。采用Cu/Al/Cu復合層，成功避免了連接界面SiC顆粒的偏聚，改進了接頭形成機制。同樣在在560℃，焊接壓力為1MPa，75min的保溫時間下，接頭區(qū)域完成了等溫凝固和固相成分的均勻化。Cu元素在接頭區(qū)分布均勻，接頭剪切強度達到了228.8MPa為母材強度的94.3％。而采用Cu/N