cu基非晶作为中间层在金属瞬时液相扩散连接中应用的研究

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1、ApplicationofCu-basedamorphoustoTransientLiquidPhasebondingofmetalsasinterlayerCandidateWeiMengSupervisorProfessorLinJianguoCollegeFacultyofMaterials&OptoelectronicsPhysicsProgramMaterialsscienceandEngineeringSpecializationHigh-performanceMetallicMaterialsDegreeMasterofEngineeringUniversityXia

2、ngtanUniversityDateJune,2012IV湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容

3、编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要瞬时液相扩散连接技术具有连接时间短、连接温度低、操作方便、残余应力小、热影响区小等诸多优点，尤其是对于异种材料的连接更具有独到的优势，成为当前连接领域的研究热点。非晶合金由于其成分通常选择在共晶点附近，熔化并凝固后易于形成性能良好的共晶组织，并且非晶合金的熔点通常比晶态合金低得多，因此非晶合金成为瞬时液相扩散连接中间层的理想材料。本文制备了Cu46Zr46Al8非晶合金，并研究了Cu元素在此合金中的扩散行为，然后采用所制备的非晶合金

4、作为中间层材料，对纯铜及Cu-Fe异种材料进行了瞬时液相扩散连接，研究了连接温度和保温时间的改变对连接接头的微观组织和力学性能的影响，主要研究结果如下：(1)采用铜模吸铸法制备了板状Cu46Zr46Al8非晶合金，通过热力学表征可知所制备非晶的玻璃转变温度Tg为425℃，晶化温度Tx为500℃，过冷液相区宽度ΔTx为75℃，熔点Tm大致在720-860℃范围内；(2)在440-485℃温度范围内，Cu元素在Cu46Zr46Al8非晶合金中的扩散行为遵循Arrhenius等式，其扩散激活能为518kJ/mol。通过与Cu元素在Cu46Zr46Al8晶态合金中的扩散行为进行比较，发现C

5、u原子在非晶中扩散更加困难，这与非晶合金特殊的原子结构有关；(3)采用Cu46Zr46Al8非晶合金作为中间层，对纯铜进行瞬时液相扩散连接，接头结合良好，无孔洞、气孔、裂纹等缺陷，接头力学性能随连接温度的升高而得到改善，并且断裂方式由脆性断裂转变为韧性断裂。其中，在连接温度为900℃、保温时间为120s、连接压力为0.5MPa的条件下所得到的接头组织为共晶组织，其显微硬度接近于母材，拉伸强度为345MPa，接头性能最好；(4)采用Cu46Zr46Al8非晶合金作为中间层，对Cu-Fe异种材料进行瞬时液相扩散连接，其结果表明，接头组织和力学性能随连接温度和保温时间的变化而变化。一方面

6、，随着连接温度(700-900℃)的升高，接头组织由金属间化合物向共晶组织转变，力学性能也有所提高；另一方面，保温时间的增加(120s-720s)使焊缝宽度明显增大，接头组织基本保持不变，力学性能受保温时间的影响不大。从断口分析可知，各个连接试样的断裂方式基本上以脆性断裂为主，这是因为Fe基体与中间层材料之间生成了脆性的金属间化合物ZrFe2(含Cu)层，为接头的薄弱区域，裂纹在此处萌生并迅速扩展，导致接头断裂。关键词：TLP；非晶合金；扩散；连接参数；微观组织与力学性能IAbstractTransientLiquidPhaseDiffusionBonding(TLP)hasman

7、yadvantages,suchasshortconnectiontime,lowbondingtemperature,easytooperate,smallresidualstressandheataffectedzone.Itbecomesaresearchhotspotinthecurrentweldingfieldandhasuniqueadvantage,especiallyfortheweldingofdissimilarmaterials.ForAmor