复合陶瓷挺柱的钎焊质量控制

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1、复合陶瓷挺柱的钎焊质量控制

2、第1echanicalEngineering,TsinghuaUniversity）　　Abstract：　positestructuretappetposedofsteelbodyandceramicdiskhasabetterationandthebrazedarearatio,areimportantforthetappetserviceability.Factors,ationofceramicdiskandthebrazedarearatiooftheceramic-metalpositestructuretappet,hav

3、ebeeninvestigatedinthispaper.　　Keyictappet;brazing;brazedarearatio;deformation1　引言　　陶瓷挺柱作为新型结构陶瓷的应用例子在国外已用于批量生产的发动机中。日本日产柴油机公司已在钢材本体上直接钎焊陶瓷圆盘，采用不需加工就能形成凸面的技术使之成本与烧结合金挺柱相当，但具有更高的耐磨性，而且对凸轮的磨损更小［1～3］。国内在“八五”期间也初步开展了复合陶瓷挺柱的研制工作［4～5］，结果表明钎焊连接的复合陶瓷挺柱可靠性最好。钎焊的陶瓷挺柱还通过了发动机台架试验和沙漠车使用考核。虽已取得了上述成

4、果，但要使陶瓷挺柱实用化还存在两大主要障碍：一是陶瓷挺柱的生产成本。挺柱工作面要求是一个凸起量在一定范围的弧面，原来此凸起面是通过机械磨削加工的，由于陶瓷本身就是耐磨材料，要磨出所需的弧面成本较高。国外是利用钎焊过程中控制金属与陶瓷材料膨胀系数的差异而直接得到所需的凸起量，这样就大大降低了陶瓷挺柱的成本使之进入市场成为可能，国内在这方面的研究工作还基本未开展。二是钎焊质量问题。虽然钎焊的陶瓷挺柱在“八五”期间已经通过台架试验和使用考核，但缺乏可靠的方法和数据来评价接头的钎焊质量。日本石川直树等人［1］研究发现，钎着率在85%以上的挺柱在运转过程中钎焊部位就不会发生

5、恶化。另外，国内虽然对陶瓷钎焊已开展了较多的研究工作，但基本上只局限于小试样，对直径为34mm这样钎焊面积相对较大的异种材料结构的钎焊技术还未见报道。　　本文针对上述两个问题，研究了影响钎着率和钎焊后陶瓷面凸起量的各种因素及规律，为制造低成本高钎着率的钎焊陶瓷挺柱奠定了基础，以便使复合陶瓷挺柱早日进入实用阶段。2　试验材料与方法　　复合陶瓷挺柱结构见图1。陶瓷片为€€φ34×1.5(mm)的无压和热压烧结Si3N4，陶瓷的弯曲强度在700～900MPa。钢套有45号钢、42CrMo和5CrNiMo三种材料。钎焊为真空钎焊，钎焊时采用不同的加压方式，所用钎料为AgC

6、uTi片状轧制钎料和快速凝固薄带两种，前者含Ti量(w,%)为4，后者为2.5～3.0。中间层材料为紫铜。钎焊后陶瓷表面的凸起量用百分表沿三条等分直径测量，取其平均值。钎着率用超声扫描仪检测陶瓷与金属的钎焊面，典型的超声检测结果如图2示，黑色表示钎着不良，根据钎着面超声检测图像计算钎着率(钎着良好的面积与被焊面积之比)。图1　复合陶瓷挺柱结构图3　试验结果与分析3.1　影响钎着率的因素及其规律　　各种条件下钎焊的陶瓷挺柱的钎着率如表1所示。结果表明，钎料量及原始面积、中间层的加入、钎焊温度以及加压方式及大小对钎着率有较大的影响，而陶瓷片焊前是否进行碱水溶液沸煮的去

7、油脂处理，则影响不大。图2　超声检测结果图像表1　各种条件下钎焊的陶瓷挺柱钎着率