英文翻譯 吳夢澤

1、呂學(xué)勤，楊尚磊，吳一雄上海交通大學(xué)材料科學(xué)及工程學(xué)院 200030摘要:不銹鋼和鋁合金的物理和化學(xué)性質(zhì)是如此的不同。直接焊接時(shí)，往往有Al-Fe脆性化合物在焊縫中。本文研究了刷鍍鎳/銅過渡層不銹鋼釬焊后鋁合金/不銹鋼的界面微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。然后與A1-Si-Cu-Mg-Zn釬料對比不同釬料釬焊的參數(shù)、力學(xué)性能和微觀結(jié)構(gòu)找到應(yīng)用的滿意結(jié)果，并詳細(xì)討論了釬焊參數(shù)對焊接接頭質(zhì)量的影響。結(jié)果顯示沒有A1-Fe脆性金屬互化物在界面生成。鎳/銅電鍍層有效地阻礙了鐵原子SUS304到 5 A03中的擴(kuò)散。雖然有少量AlCu3脆性化合物，但其數(shù)量很少，對焊接接頭強(qiáng)度影響很小。關(guān)鍵詞：脆性化合物，N/Cu過渡

2、層，擴(kuò)散0介紹鋁合金廣泛用于汽車制造，因?yàn)殇X合金低密度,有高導(dǎo)熱系數(shù)和適當(dāng)?shù)哪透g性1.但是鋁合金在基礎(chǔ)的環(huán)境中很容易腐蝕。不銹鋼比鋁合金有更好的耐腐蝕性，在化學(xué)和物理特征這兩個金屬可以相互補(bǔ)充2,3。因此，復(fù)合材料鋁合金和不銹鋼是一個很重要的新型結(jié)構(gòu)材料之一，并且可以看到近年來這類復(fù)合材料有許多優(yōu)秀的性能和廣泛的應(yīng)用前景。最近在鋁合金和不銹鋼的研究集中在復(fù)合材料領(lǐng)域，并取得了一些優(yōu)秀的研究成果4,5。隨著研究的快速發(fā)展和巨大的應(yīng)用潛力需求，在鋁合金/不銹鋼的相應(yīng)問題在學(xué)術(shù)研究和應(yīng)用上已經(jīng)提出4。目前的研究表明，鋁合金和不銹鋼的直接連接存在一些缺陷，它們是38：（1) 對鋁合金與不銹鋼有害的反

3、應(yīng)，特別是產(chǎn)生Al-Fe脆性金屬互化物AlFe3，導(dǎo)致結(jié)合強(qiáng)度大大降低。(2) 不銹鋼和鋁合金的物理性質(zhì)遠(yuǎn)不同于對方，并且鋁合金很容易氧化,這導(dǎo)致組成分布不均勻，而且會有釬焊的焊縫的殘余應(yīng)力。還有一些其他的替代方法連接鋁合金/不銹鋼,如摩擦焊接、壓力、擴(kuò)散和其他焊接過程。但它不適合加工有一個復(fù)雜的形狀或結(jié)構(gòu)的物件911。由于工程的需要,本文檢測了連接5 A03鋁合金和不銹鋼SUS304的性能。采用鎳/銅釬焊間接釬焊不銹鋼。研究鎳/銅層和釬焊的性能參數(shù)對焊接接頭的焊接質(zhì)量的影響。1實(shí)驗(yàn)1.1材料和標(biāo)本制備釬焊的材料分別是不銹鋼鋼SUS304鋁合金5 A03。SUS304的熔點(diǎn)是1425°

4、;C和5 A03 的熔點(diǎn)是625 °C里面包含少量的合金元素(如銅、鎂、等等)。連接標(biāo)本的大小都是經(jīng)過處理的測試樣品，尺寸為70毫米X 5 0 毫米X3毫米。在這個測試使用的釬料Al-Si-Mg-Cu的厚度為毫米。釬料的化學(xué)成分表如下。其熔化溫度為500 525°C。 表 填充金屬的化學(xué)成分 w%1.2 實(shí)驗(yàn)儀器STD - 200 C數(shù)字電源控制，用于清理和刷焊前的鎳/銅薄膜表面。焊接夾具是用來固定標(biāo)本，箱式電阻爐(類型:SXZ-10-12)是用來釬焊。顯微組織和斷口分析研究通過透射電子顯微鏡(類型:H800)、X射線衍射儀(XRD (類型:ARMY1800)和掃描電子顯微

5、鏡(類型:D / MAX-RC)。描述焊接接頭的抗剪強(qiáng)度,剪切測試是由電子剪切試驗(yàn)機(jī),其拉伸速度是4毫米/分鐘。釬焊接頭的機(jī)械性能的評定使用3個標(biāo)本的平均值。1.3 實(shí)驗(yàn)過程去除氧化膜,將金屬的表面都仔細(xì)清洗(使用砂光,無水酒精,丙酮,等等)。尤其是對SUS304,電刷鍍進(jìn)行之前,其表面再次清洗。清洗的本質(zhì)是去除氧化膜和其他雜質(zhì)。陽極活化反應(yīng)方程式:4OH-4 eO2+ 2H2O。金屬表面出現(xiàn)輕微侵蝕后晶體表面,很干凈。下一步是平臺快速清理鎳和銅層使用具有特殊鎳和電鍍銅液體,這兩種電鍍液體已經(jīng)在報(bào)告13中，在這就不介紹了。刷的移動軌跡對電鍍的質(zhì)量有重要的影響，如果刷在直線導(dǎo)線運(yùn)動,運(yùn)動速度較低

6、的標(biāo)本當(dāng)扭轉(zhuǎn)中心，電鍍層是輕金屬的中心凹層的微觀結(jié)構(gòu)將成為這些粗晶體區(qū),因?yàn)檫@些金屬會吸收更多的熱量比中心晶體。然而如果刷在勻速圓周運(yùn)動,電鍍層的厚度將對稱。最后,釬焊合金片將放置在兩種金屬之間的空間和固定在一個特定的固定裝置上。釬焊電阻爐已提前加熱到釬焊溫度,并且溫度誤差是±3。圖1是釬焊實(shí)驗(yàn)組裝圖。 圖1 釬焊實(shí)驗(yàn)組裝圖2結(jié)果與討論2.1 分析接頭接口綜合分析接口的典型界面微觀結(jié)構(gòu)在5 A03 邊界，如圖2所示可以看出,填充金屬的微觀結(jié)構(gòu)相互結(jié)晶.那是因?yàn)樘畛浣饘倥c基體金屬5 A03有相似矩陣.因此它們的結(jié)合力很高,剪切測試也證明失效一直發(fā)生在SUS304界面附近，幾乎在其他界面

7、很難找到.因此，接口SUS304連接處是調(diào)查的重點(diǎn)。如圖3，顯示的掃描電鏡在SUS304邊界微觀結(jié)構(gòu).釬焊溫度為540。EDA表明,微觀結(jié)構(gòu)緊湊相鄰的是SUS304鎳層(見圖4),與鎳層相鄰的是銅層(見圖5)釬焊焊縫的厚度比右邊的銅層厚。圖6是電子衍射模式在圖3中的的白色隔離結(jié)構(gòu).通過結(jié)果我們知道它是AlCu3。A1Cu3也是一個脆性化合物,但從圖3,我們知道它的含量很少,在釬焊焊縫不連續(xù),因此它不能減少焊接接頭的強(qiáng)度。和14也認(rèn)為1微米的臨界值是脆性影響很小.如果脆性化合物增加高于一個值的話，結(jié)合強(qiáng)度將降低。從圖7、線掃描鐵在接頭的含量可以看出鐵含量減少迅速，從離開SUS304界面附近和鐵有

8、4 5微米擴(kuò)散,但它沒有進(jìn)入銅層.它的群組織鎳層阻礙了鐵的擴(kuò)散焊接。并且沒有鋁和鐵的脆性化合物生成在釬焊焊縫中。 圖2 掃描電鏡下的5A03邊界微觀結(jié)構(gòu) X300 圖3 掃描電鏡下的SUS304邊界微觀結(jié)構(gòu) X300 （a）TEM圖像 （b）衍射圖樣 圖4 鎳層的TEM和電子衍射圖樣 （a）TEM圖像 （b）衍射圖樣 圖5 銅層的TEM和電子衍射圖樣 （a）TEM圖像 （b）衍射圖樣 圖6 AlCu3層的TEM和電子衍射圖樣做剪切測試后,我們得到了釬焊溫度在5407分鐘12微米過渡層XRD的斷裂模式面，在圖8中。沒有化學(xué)成分的發(fā)現(xiàn)在SUS304中,所以失效并不發(fā)生在SUS304相鄰的釬焊的界面

9、，但是在釬焊焊縫中，Cu不是擴(kuò)散產(chǎn)生的,但是它是焊縫填充金屬的組成物。金屬A1Cu3數(shù)量太少,不連續(xù)，這不能對強(qiáng)度有影響。鐵原子的電鍍層阻礙了有害擴(kuò)散的釬料和避免了生成脆性物質(zhì)。因此，這個過程已確保接口的高強(qiáng)度和良好的塑性。2.2 加入特征釬焊參數(shù)的影響圖9展示了釬焊接頭溫度和強(qiáng)度之間的關(guān)系.可以清楚的看到,當(dāng)其他釬焊參數(shù)不改變，焊接接頭在540對應(yīng)最大焊接接頭強(qiáng)度。釬料的熔化溫度區(qū)域是500 525的釬焊溫度。在525，抗剪強(qiáng)度很低,這是因?yàn)橐簯B(tài)釬料的流動性和活動性很差，因此不能填補(bǔ)焊接焊縫.在釬焊溫度570,雖然釬料具有良好的流動性和活動性，釬焊焊縫可以充分填充,但是焊接接頭的強(qiáng)度仍低于在

10、540時(shí)的接頭。從圖1 0，我們可以看到釬焊焊縫產(chǎn)生燒損。當(dāng)釬焊溫度非常高時(shí)。 圖7 線掃描鐵在接頭中的含量 圖 8 釬焊溫度在5407分鐘12微米過渡層XRD的斷裂模式面圖9 釬焊接頭剪切強(qiáng)度和溫度的關(guān)系圖11顯示電鍍層厚度對焊接接頭剪切強(qiáng)度的影響.通過它可以明顯看到，低于l2微米電鍍一層的厚度時(shí),焊接接頭的強(qiáng)度很低，由于焊接接頭的塑性和韌性很差,這時(shí)增加焊接接頭厚度沒有對抗剪強(qiáng)度產(chǎn)生有效的影響。當(dāng)焊接接頭的厚度超過12微米，接頭強(qiáng)度將減少。更厚的電鍍層增加了殘余應(yīng)力,并限制了接頭的可變形性。釬焊時(shí)間對焊接接頭強(qiáng)度有相似的影響曲線.。適當(dāng)?shù)拟F焊溫度和延長釬焊時(shí)間，采用合適的鍍膜厚度能增加焊接

11、接頭的的性能和連接強(qiáng)度。3結(jié)論(1) 這個過程實(shí)現(xiàn)了釬焊5 A03 和SUS304的有效結(jié)合面積，達(dá)到1.25×105平方毫米。(2) 存在四種接口在釬焊5 A03 / SUS304中.焊接接頭的焊接質(zhì)量鎳/ SUS304接頭在焊接接頭5 A03 / SUS304中很低。(3) 鎳/電鍍銅層作為過渡層,阻礙了基體金屬原子的擴(kuò)散,特別是在SUS304 鐵原子的擴(kuò)散到釬焊填充金屬。這個過程避免了脆性化合物產(chǎn)生，并且增加了接頭強(qiáng)度和可塑性。AlCu3在焊接接頭的表面, 有少量的脆性階段，但它是不連續(xù)和不影響應(yīng)力傳播并不能減少結(jié)合強(qiáng)度。 圖10 嚴(yán)重污損層 圖11 過渡層對剪切強(qiáng)度的影響參考

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