高体积分数sic颗粒增强铝基复合材料激光纳米钎接研究

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1、博士学位论文高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料激光纳米钎接研究学生类别：博士研究生申请人姓名：程东锋指导教师：牛济泰米国发专业名称：矿业工程研究方向：矿物工程材料河南理工大学材料科学与工程学院二○一七年五月中图分类号：密级：公开UDC：单位代码：10460高体积分数SiC颗粒增强铝基复合材料激光纳米钎接研究StudyonLaserWeldingofSiCParticleReinforcedAluminumMatrixCompositeBasedonNanoEffect申请人姓名程东锋申请学位博士学科专业矿业工程研究方向矿物工程材料导师牛济泰职称教授米国发教授提交日期2017.04.05

2、答辩日期2017.06.01河南理工大学致谢本论文是在牛济泰院士和米国发教授两位导师的悉心关怀和精心指导下完成的，导师以渊博的知识和学术前沿敏锐的洞察力令我开拓眼界，积累知识，提高能力，最终顺利完成课题研究。导师严谨求实的治学精神、平易近人的待人作风、身体力行的工作态度、诲人不倦的师者风范、无私奉献的工作精神为我在人生的旅途中竖起了一个标杆，一面大旗，这些优良的品质将使我受益终生。在论文完成之际，谨向两位导师致以崇高的敬意和诚挚的谢意。感谢河南理工大学郭学锋院长、张志院长、张宝庆老师、唐庆杰老师、张海波老师、李强老师、范广新老师、王李波老师、陈思杰老师、李立新老师、宋党育老师在实验分析和

3、论文撰写过程中给予的支持和指导；感谢欧阳文峰书记、管学茂院长、张传祥院长、谢玉芬书记、王慕珍老师、历长云老师、徐冬霞老师、王东斌老师、王运霞老师、黄光许老师、朱伶俐老师、任晓利老师在我求学过程中给予生活上的关心和帮助；同时也要感谢河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司的逯晶晶、张璐、薛祥成、李哲东、薛向科、李坤，哈尔滨工业大学李俐群老师，郑州大学任晨星老师、刘晓芳老师，华侨大学周广涛老师和郭广磊硕士在实验过程中提供的帮助。感谢河南理工大学材料物理冶金研究所王有超老师、王鹏博士、陶星空硕士、王西涛硕士、木二珍硕士、陈龙硕士、李报硕士、余月月硕士在日常的学习与生活中给予我的帮助和鼓励，陪伴我度

4、过了博士求学生涯的美好时光。感谢生我养我的父母含辛茹苦将我抚养成人，教会我做人处事，尽管他们已经永远的离开了我，但我仍一厢情愿的希望他们能为我高兴；感谢我的妻子及其家人对我生活上的照顾，是你们的鼓励让我一次次的勇敢面对挫折和困难；感谢女儿给我带来的快乐，是你的成长让我更加成熟。最后，要衷心感谢党和国家所创造的良好的科研和生活环境，感谢哈尔滨工业大学、郑州大学和河南理工大学对我的教育和培养，这些难以忘怀的学习时光终将成为我一生宝贵的财富。感谢百忙中为本论文进行审阅和答辩的各位专家老师！谨以此篇献给所有关心、帮助和支持我的人。摘要本文以相控阵雷达T/R模块封装用高体积分数SiC颗粒增强606

5、3Al基复合材料为研究对象，采用真空电弧熔炼法与真空单辊快淬法制备一系列AlCuTi基(Al80-xCu20Tix，x=3,5,8,10)合金作为填加材料，选择具有精密和可控热源的激光焊方法作为连接手段，分析了AlCuTi基箔状材料作为夹层与钎料分别在激光熔焊与激光钎焊过程中和复合材料的连接机理，创造性地将复合材料学，纳米效应和激光技术三者交叉融合。利用平均晶粒尺寸在100~200纳米的AlCuTi基箔状材料的界面活性和原子较强的运动能力，辅之以激光焊接快速加热、瞬间冷却的工艺特征，提升焊接过程中填加材料的润湿能力和填充能力，在最佳激光焊接工艺下，获得达到母材80%强度的搭接与对接接头。

6、通过填加常规微米级材料(AlZn25Si1、ZnAl7、微米级Sn片)和单质纳米Ag、Al、Sn颗粒的激光焊结果可知，通过调整激光焊工艺很难得到满足工程应用的接头强度。对比纳米Sn颗粒与微米级片状Sn的焊接结果，纳米Sn颗粒的原子活性较强，扩散性能较好，所获得的接头组织与强度明显优于微米级Sn片。在Al80-xCu20Tix(x=3,5,8,10)系列箔状材料的制备过程中，通过控制合适的甩带工艺(真空度1.5×10-2Pa；喷射距离1.0~1.2mm；铜辊转速1000~1100Rad/min；喷射压强0.04~0.05MPa)，填加材料由真空电弧熔炼后平均晶粒尺寸在20~80um的α-A

7、l、CuAl2和Al6.1Cu1.2Ti2.7的微米晶细化至平均颗粒尺度范围为100~200nm的纳米晶粒。由于晶粒尺度的下降，箔状材料具有一定纳米效应，原子活性增强且固-液相线均降低了25~40℃。真空钎焊炉中润湿性实验结果表明随着钎料中Ti含量的增加，钎料液相线升高导致润湿效果下降且界面处冶金反应加剧，主要生成物为Mg2Si相、TiSi相和TiC相。采用搭接形式和对接形式对复合材料进行激光焊的过程中，合适的激光线能量是最终焊缝成