对铜-钢扩散焊接头钢侧晶问渗透现象的探讨 .pdf

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1、学兔兔www.xuetutu.com俘掳试验研究铜一钢扩散焊接头钢侧晶间渗透现象的探讨西北工业大学摩擦焊接陕西省重点实验室(西安市710072)解庆李京龙张赋升熊江涛摘要基于材料物理、相平衡等领域的晶界相转变概念，借助瞬间液相扩散焊手段，以铜与不锈钢异种材料为研究对象，对铜一钢扩散焊接头中合金液相沿钢侧晶界的渗透现象进行初步探讨。结果表明，试验温度范围内，添加单质中间层时，钢侧结合界面均较平直；添加QSn6．5-0．1+Au复合中间层时，钢侧母材存在液相合金的晶间渗透现象，950℃高温时，晶间渗透作用充分且明显，由于近结合界面处cu

2、原子沿奥氏体晶界进行扩散的同时向晶粒内部扩散，从而近结合界面和远离结合界面处晶间渗透形貌存在差异，晶问残留的白色物质为含有少量sn的cu—Au合金。．关键词：合金液相晶间渗透现象铜一钢接头扩散焊中图分类号：TG456．9通过添加不同的中间层产生合金液相，初步探讨合金0前言液相对母材不锈钢侧的晶间渗透现象，并期望获得一铜一钢异质金属复合构件充分结合铜合金的优良种应用于异种材料扩散连接的新的结合形式，同时为导热性和减震耐磨性以及钢的耐腐蚀性和高强度，全晶界相转变现象及机理的解释提供基础数据。面满足了服役性能要求，更好地实现了经济和性能上

3、1试验材料与方法的优势互补。真空扩散焊是铜一钢接头较为常用的方法¨I6J。于治水等人在添加CuMn合金中间层扩散1．1试验材料焊铜一钢接头中发现了CuMn合金液相对母材不锈钢试验采用的母材为商业纯铜和1Crl8Ni9Ti不锈侧的晶间渗透现象。从接头结合形貌可知，液相沿母钢，尺寸均为63omm×3mm，中间层包括锡青铜材晶界的渗透作用形成了一种“钉扎结合”，这种形式(QSn6．5-0．1)箔、金箔(纯度99．9％)和银箔，它们的增大了接合面积，有望推广应用于铜一钢扩散焊接头，厚度分别为0．1mm、5m和8Ixm。但其结合机理尚不清楚。

4、1．2试验方法事实上，铜一钢接头中的液相晶间渗透作用与物液相诱导金属脆化导致基体材料发生失效，在工理化学、界面科学等领域中的液相诱导金属脆化(1iq—程中应极力避免，其产生的两个必要条件为低固溶度uidmetalembrittlement，LME)机理类似。Ludwig等和不产生金属间化合物。由Fe—Sn，Fe—Au二元相图人指出，无论是实验室研究或工厂里的失效分析均可知，低温下低熔点元素sn，Au在高熔点元素Fe中的表明，特定条件下重要的工业用材青铜或钢均会被液固溶度很小，这与大多数晶间液相渗透体系的性质相相金属(Sn，Pb等)诱

5、导脆化。后者强调合金液相沿某同。文中以CuSn合金(QSn6．5-0．1)为媒介将低熔点些延性金属晶界进行渗透，弱化晶界强度，从而使材料元素Sn引入铜一钢接头，而Au元素则是通过添加单发生脆化、失效；前者则是通过设计添加中间层，在连质金箔的形式引人。另外，Fe—Ag属于液固完全不互溶接温度下形成包晶或共晶液相，并沿母材晶界润湿、渗体系，与Au元素一致，以银箔形式引入，从而观察和研透，从而与母材晶粒形成牢固冶金结合。究CuSn包晶液相、CuAg共晶液相及CuAu等液相对母上述液相的“钉扎”作用，需满足以下两个条件：一材不锈钢侧的奥氏体

6、晶界渗透情况。中间层添加方式是形成液相；二是避免发生晶界脆化，故在中间层材料有两种：一为单质中间层，即QSn6．5-0．1箔、金箔、银设计方面需充分考虑。文中借助瞬间液相扩散焊手箔，二是复合中间层Ag+Au以及QSn6．5-0．1+Au，金段，以纯铜和奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)为研究对象，箔均位于不锈钢侧，装夹示意图如图1所示。表1为铜一钢扩散焊试验所采用的工艺参数。当收稿日期：2010—09—10sn含量为6．5(质量分数，％)时，CuSn合金的固相线282011年第2期学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.

7、xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com一试验研究r缛掳另外，注意到结合界面附近和远离界面：处晶界渗行扩散。奥氏体部分晶界存在白色物质，通过EDS成透形貌不一致，在结合界面不锈钢侧存在一个残留奥分分析(表2)，其为含有少量sn元素的Cu-Au合金。氏体晶粒区(图5a中的虚线框)，奥氏体晶粒被部分白色相呈不连续性分布，一方面是由于Au含量少(“吞噬”。由于采用纯铜的腐蚀剂(6gFeC1，10mL6：锡青铜=1：20)，形成Cu-Au—Sn合金液相后，Au的HC1，90mLHO)，对不锈钢没有腐蚀作用，这表明cu浓度梯

8、度较Cu小，扩散距离远小于Cu；另一方面，多原子在沿奥氏体晶界进行扩散的同时，向晶粒内部进晶材料的晶间渗透为空间三维结构，试验观察为二维表2950oc时Cu／QSn,6．5—0．1+Au／1Crl8N~Ti接头化学成分分析结果结构所致