AZ31B镁合金超声辅助复合钎料钎焊研究

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1、国内图书分类号：TG454密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文AZ31B镁合金超声辅助复合钎料钎焊研究年级2015级姓名江柱中申请学位级别工程硕士专业材料工程指导老师权高峰教授二零一八年五月ClassifiedIndex:TG454U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEULTRASONICASSISTCOMPOSITESOLDERINGPROCESSOFAZ31BMAGNESIGUMALLOYGra

2、de:2015Candidate:ZhuzhongJiangAcademicDegreeAppliedfor:MasterDegreeSpeciality:MaterialsEngineeringSupervisor:GaofengQuanMay,2018西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要镁合金被称为“21世纪绿色工程材料”，是一种具有重要应用价值和广泛应用前景的金属材料。结构金属的推广应用离不开连接技术，钎焊作为一种不影响母材性能的精密连接技术，对镁合金焊接有重要优势。超声波钎焊则是一种绿

3、色、高效的有色金属钎焊手段，利用超声振动的空化作用，去除镁合金表面的氧化膜，促进钎料的润湿和铺展，实现无钎剂的可靠连接。通过向传统钎料中添加合适的增强体，得到的复合钎料具有高强、组织细化等优点，能改善接头、钎缝的力学性能和组织状况等。本文对49%Mg-47.5%Zn-3.5%Al（wt%）合金钎料及其添加了微米SiC颗粒的复合钎料进行了研究。通过差热分析、显微组织观察等，制定了合适的钎焊工艺实验方案，研究了大气环境中无钎剂的镁合金钎焊。在对Mg-Zn-Al合金钎料的钎焊工艺研究中发现，360℃钎焊

4、和375℃钎焊所得到的钎缝显微组织有较大差别。其中较低的钎焊温度下α-Mg固溶体只能在钎缝边缘，与母材的界面处析出，而较高的钎焊温度能使钎缝靠近中心的部分也析出α-Mg固溶体。超声振动辅助能有效促使合金钎料在母材上铺展，而钎焊温度360℃，维持1分钟，母材与钎料形成了可靠的扩散层，超声振动时长为8s时，厚度可达到12μm。钎焊温度、超声振动时长、焊后冷却速率对钎焊接头的力学性能都有影响，较低的钎焊温度、较快的焊后冷却速率和适中的超声振动时长，都能使接头获得较高的抗剪切强度。其中最优工艺为钎焊温度3

5、60℃，超声振动6s，焊后自然冷却，此时接头平均抗剪切强度可达52.28MPa。利用“三明治”结构，制备了复合钎料接头。通过向合金钎料中添加10%wt、20%wt的SiC颗粒，合适的超声振动时长能使增强体颗粒在钎缝中均匀弥散，达到颗粒增强的效果。研究中，超声振动4s时SiC颗粒偏聚于钎缝中央，而振动时长增加到6s以上则能使SiC颗粒弥散分布到钎缝各处。SiC颗粒的添加使钎缝的硬度大幅增加，360℃钎焊，合金钎料钎缝平均硬度为227.8HV，而添加了10%wt和20%wt的SiC颗粒，平均硬度分别为

6、547HV和724HV。同时，接头的抗剪切强度也分别能提高12.5%和18.8%。关键词：超声钎焊，Mg-Zn-Al钎料，复合钎料，钎焊工艺优化，SiC颗粒西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractMagnesiumalloyisdeemedasgreenengineeringmaterialin21thcentury,whichhasimportantapplicationvalueandbroadprospect.Thejoiningtechnologyissignificantf

7、ortheapplicationofmagnesiumasstructuralmaterial.Solderingwithultrasonicvibrationisaneco-friendlyandefficientmethod,whichcanbreakdowntheoxidefilmwithultrasoniccavitation,obtainreliablesolderingjointwithoutflux.Byaddingreinforcementtofillermetal,wecanob

8、tainstronger,muchrefiningjoint,wecallsuchfillermaterialcompositefiller.Inthispaper,solderas49%Mg-47.5%Zn-3.5%Al（wt%）andcompositefillerwhichiscombinedbysolderandSiCparticlewerestudied.ThroughDSC,SEM,EDSanalysis,propersolderingexperimentweredraf