维普资讯 http://www.cqvip.com 第３０卷第ｌ期 鞍山科技大学学报 Ｖ０Ｊ．３０ Ｎｏ．１ ２００７年２月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｓｈａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｆｅｂ．，２００７ 快速凝固Ａｌ—Ｓｉ—Ｃｕ—Ｚｎ—Ｒｅ粉末钎料 的制备及其性能 吕 楠 ，袁晓光 ，盛立远 （１．辽宁科技大学科技同，辽宁鞍１【Ｊ １１４０５１；２．沈阳工业大学．辽宁沈阳１１００００；３．Ｉ｛１国科学院金属研究所，辽宁沈阳１１００００） 摘 要：采用快凝技术制备了粒度５０—９０”ｍ的亚共晶ＡＩ—ｓ—ｃｕ—Ｚｎ．Ｒｅ快凝粉末钎料，对其性能进行了分 析。实验结果表明，快凝钎料液相线降低了５ ：。与普通钎料相比，快凝ＡＩ一 一 一ｚｎ Ｒｅ粉末钎料润湿角提 高了２．５．抗剪强度提高了２８％。快凝钎料组织细小均匀无偏析现象，在钎焊过程中与母材扩散性能好．有利 于提高润湿性和接头抗拉强度。采用快速凝固方法制备粉末钎料，不仅工艺简单，储存、使用方便，且可获得 性能更优良的钎料，并可用于开发新型钎料。 关键词：快速凝固： 一ｓｉ—ｃｕ—Ｚｎ—Ｒｅ粉末钎料；钎焊 中图分类号：ＴＧ４２５．１文献标识码：Ａ文章编号：１６７２—４４１０（２００７）０１—００１１ ０４ 铝合金具有强度高、成本低和耐蚀性好等优点，被广泛应用于航空、汽车等工业结构中。铝合金具 有优良的热传导性，因此在热交换器的生产中被广泛采用。ＡＩＳｉⅢＣｕ Ｚｎ：。Ｒｅ钎料的熔点较低，流动性、 润湿性好，同时具有较好的耐热性，可广泛应用于锻造铝合金的钎焊＿Ｉ。】。但由于成份接近共晶点，所 以有粗大的共晶硅及初晶硅析出；铜和锌的存在虽然增加了合金的流动性及耐热性，但也存在严重的偏 析，使该钎料的钎焊接头强度较低。采用超音速雾化技术制备粉末，晶粒结构细小均匀，可消除合金中 硅粗大及铜和锌偏析的问题，能提高钎焊接头的强度¨３ 】。本文利用超音速气体雾化技术制备了ＡＩＳｉ。。 Ｃｕ Ｚｎ２。Ｒｅ粉末快速凝固钎料，并研究了其焊接性，以解决ＡＩＳｉ。。Ｃｕ Ｚｎ２。Ｒｅ钎料硅、铜和锌的偏析，降低 钎料的熔点。 １ 试验方法 试验采用超音速气体雾化装置，主要由熔炼保温、气体雾化及粉末收集三部分组成，如图ｌ所示。 制备Ａ１．Ｓｉ．Ｃｕ．Ｚｎ。Ｒｅ粉末纤料的具体工艺为：雾化保护气体为Ｎ ， 雾化压力为１．５—２ ＭＰａ，雾化温度为８００—８３０℃。利用沉降法选 取２４～２６０目筛子选粉末，选取其中粒度５０—９０ ｂｔｍ的粉末为钎料。 网 将所得到的粉末钎料在差热分析仪（ＤＴＡ）上，以１０℃／ｍｉｎ的加热 喷嘴兰 金届劣化粉木 速率，氩气保护下从室温加热到９００℃，测定粉末钎料的熔点。 润湿性试验的试样为５０ ｒｎｎａ×５０ ｍｍ×４ ｍｍ 铝板，将普通 钎料和粉末钎料分别放在处理过的试样上观察其润湿性，试件的尺 寸和钎料的放置位置如图２所示。 利用ＪＸＡ。８４０扫描电子显微镜观察粉末钎料的形貌；把粉末用 图ｌ超音速雾化装置 树脂粘结凝固成试样，用０．０５％的ＨＦ水溶液腐蚀合金铸态试样及．Ｆ．ｇ．１ ＤｅＶｉｃｅ ｏｆ ｍｐｉｄ ｘｊｉｆｗａｔｉ０１＂１ 粉末试样，用光学显微镜及 ５７０扫描电子显微镜（ Ｍ）观察其显微组织结构。 收稿日期：２００６．１２．０２。 作者简介： 柏（１９７９一）．女．辽宁鞍山人， 维普资讯 http://www.cqvip.com ・ｌ２・ 鞍山科技大学学报 第３Ｏ卷 钎焊后用ＭＯＤＥＬ ５５１００电子万能试验机在室温下以１．０ ａｒｍ／ａｒｉｎ的速度施加拉力，拉断后计算 接头的抗剪强度。钎焊接头剪切强度试样尺寸如图３所示。 图２润湿性试验示意图。ｉｎｌｎ 图３钎焊接头剪切试样示意图，ｎ３ｌｌｌ Ｆｉｇ．２ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｓｐｒｅａｄａｂｉｌｉｔｙ ｔｅｓｔ Ｆｉｇ．３ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｏｆ ｓａｍｐｌｅ ｂｒａｚｅｄ ２试验结果分析 ２．１快凝粉末钎料与普通钎料微观组织 图４所示的是ＡＩＳｉ。。Ｃｕ ＺｎｍＲｅ钎料的微观形貌，从图４中可以看出，利用超音速雾化设备所制备 的粉末形状比较均匀，基本为近球状或椭球状。粉末表面凹凸不平，有一层薄薄的氧化膜。随着颗粒的 尺寸的减小，颗粒更加趋近于球形，且更加光滑。 ａ．低分辨率 ｂ．高分辨率 图４ ＡＩＳｉ１０Ｃ Ｚｎ２ｏＲｅ钎料的形貌 Ｆｉｇ．４ Ｍｉｏｘ￣ｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ＡＩＳｉ１０ Ｃｕｓ Ｚｍ０ Ｒｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｍｅｔａｌ ａ．普通钎料 ｂ．快速凝固粉末钎料 图５普通钎料和快速凝固ＡＩＳｉ Ｃｕ５ｚ－ ．Ｒｅ粉末钎料的组织 Ｆｉｇ．５ Ｍｉｃｒｔｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｃｏｌｎｌｌｌｏｎ ｍｉｄ ｒａｐｉｄ １ｌｉｄｉｆｉａｂｌｅ ＡＩＳｉ￣ｕＣｕ５Ｚｎ，Ｒｅ ｂｒ￣ｉｎｇ ｍｅｔａｌ ＿ｕ维普资讯 http://www.cqvip.com 第ｌ期 吕楠，等：快速凝固ＡＩ—Ｓｉ—Ｃｕ—ｚｎ—Ｒｅ粉末钎料的制备及其性能 ・１３・ 图５所示的是ＡＩＳｉ。。Ｃｕ Ｚｎ 。Ｒｅ合金普通钎料和快速凝固粉末钎料的组织，从图５ａ可以看出，普通 钎料组织粗大，偏析严重，在铝基体上存在着大块的共晶硅，这不利于钎料的熔化，并且造成钎料成分不 均匀，从而影响Ｓｉ元素在母材中的扩散速度与深度。图５ｂ中超音速雾化粉末钎料晶粒细小均匀无偏 析，晶界上 元素多，有利于形成“液相通道”是快凝钎料试样中ｓｉ元素扩散速度快的主要原因，这使快 凝钎料中的Ｓｉ元素在母材中的扩散速度和深度远远高于普通钎料 ，使母材的接头抗剪强度增加。 ２．２快凝粉末钎料与普通钎料的接头组织 从图６中可以看出，焊缝处组织以ａ Ａ１相为主；普通钎料的焊缝处存在明显的偏析，伴有块状的初 晶硅和片状共晶硅，并有少量ｃｕ ＡＩ，这种情况使接头处的脆性增加，大大降低了接头抗剪强度；而快速 凝固粉末钎料所焊的接头组织均匀，无粗大共晶硅析出。由于粉末钎料本身组织细小均匀，且粉末钎料 的表面能高，熔点低，熔化区间窄，所以钎焊过程中，钎料熔化比较均匀，钎焊加热时间短，钎料组织长大 的时间短，组织细小均匀，对焊接母材的影响较小。 ａ．普通钎料 ｂ．快速凝固粉末钎料 图６普通和快速凝固ＡＩＳｉ ｏＣｕｓＺ１３．２０Ｒ￣￣钎料的焊缝组织 Ｆｉｇ．６ Ｍｉｃｒｏｓｔｍｃｔｕｒｅ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｊｏｉｎｔ ｏｆ ｃｏｎｌｎｌｏｎ ｅａｌｄ ｒａｐｉｄ￣ｌｉｄｉｆｉａｂｌｅ ＡＩＳｉｌ０Ｃｕ５Ｚｎ’０Ｒｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｍｅｔａｌ 从表１的抗剪强度可以看出，快速粉末钎料的焊缝强度比普通钎料的要高。从焊缝组织上看，快凝 粉末钎料的焊缝组织比普通钎料的要均匀细小，硅及铜的偏析要小；在力的作用下，组织细小均匀的粉 末钎焊的焊缝受力均匀，所以其强度要高。同时粉末熔化均匀，不易存在夹杂，钎料和基体的结合紧密， 在受力时裂纹源少。 ２．３钎料的熔点、润湿性和接头强度 表１是普通ＡＩＳｉ。。Ｃｕ Ｚｎ２。Ｒｅ钎料和快凝粉末钎料熔点、润湿性和接头强度。从中可以看出，利用 超音速雾化制备的粉末钎料熔点相对普通钎料要低。 表ｌ ＡＩＳｉｌ０ Ｃｕ Ｚｎ２０ Ｒｅ钎料的熔点、润湿角和接头强度 Ｔａｂ．１ Ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｗｅｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ａｎｔｉ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ＡＩＳｉｆｏＣｕ５Ｚ Ｒｅ ｂｒａｚｉｎｇ ｍｅｔａｌ 在相同测｝式条件下，超音速雾化的粉末钎料的润湿性好于普通钎料。这与两种钎料的组织差别有 维普资讯 http://www.cqvip.com ・１４・ 鞍山科技大学学报 第３０卷 着密切的关系，普通钎料组织粗大，成份不均匀，熔点的共晶相首先熔化，高熔点的先析出相和金属间化 合物后熔化，后熔化相阻碍了熔点液相的铺展，钎料在熔化时不易形成前驱膜，因此润湿性下降；而超音 速雾化粉末钎料具有元素分布均匀的特点，熔化均匀一致，容易形成前驱膜，有较高的的润湿性。 另一方面，超音速雾化粉末钎料的熔化区间窄，当钎焊温度达到液相线温度时，熔化均匀，铺展迅 速，因此润湿面积增大，润湿角减小。由于超音速雾化粉末钎料晶粒细化导致表面能增加有利于降低熔 点，因此，超音速雾化粉末钎料的熔化温度比普通钎料低５℃。 ３ 结 论‘ （１）ＡＩＳｉ。。Ｃｕ５Ｚｎ￣Ｒｅ快凝粉末钎料组织细小均匀，成份偏析小，无大块共晶Ｓｉ析出，晶界上Ｓｉ元素 多；（２）ＡｌＳｉ。。Ｃｕ５ｚｎ２０Ｒｅ快凝粉末钎料熔点比普通钎料低５℃，且快凝粉末钎料的熔化区间窄；（３） ＡｌＳｉ。Ｃｕ５Ｚｎ 。Ｒｅ快凝粉末钎料的润湿角比普通钎料的小２．５。。（４）ＡｌＳｉ。。Ｃｕ５Ｚｎ 。Ｒｅ快凝粉末钎料比普 通钎料的抗剪强度提高２８％。 参考文献： ［１］胡刚．铝合金真空钎焊的发展［Ｊ］．焊接技术，２００ｌ，３０（２）：ｌ一３． ［２］王冠，俞伟元，陈学定．快冷与普通Ａｌ—Ｓｉ钎料中 的扩散行为研究［Ｊ］．兰州理工大学学报，２００５，３ｔ（３）：１４一ｌ７ ［３］俞伟元，陈学定，路文江．快速凝固 一ｓｉ—Ｃｕ基钎料的性能［Ｊ］．焊接学报，２００４，２５（２）：６９—７２ ［４］倪艳敏，章文英． 一ｃｕ钎焊接头性能的改善［Ｊ］．热加工技术，２００２．（３）：５６，５８． ［５］虞觉奇，陈明安，高香山．快速凝固Ａ１一Ｓｉ基钎料性能的研究［Ｊ］．焊接学报，１９９４，１５（２）：６７． ［６］路文江，俞伟元，陈学定．非晶态合金钎料的制备［Ｊ］．甘肃工业大学学报，１９９８，２４（２）：１６—１９． Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ＡＩ－－Ｓｉ－－Ｃｕ－－Ｚｎ－－Ｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ＬＶ Ｎａｎ’，ＹＵＡＮ Ｘｉａｏ－ｇｕａｎｇ ，ＳＨＥＮＧ Ｌｉ—ｙ＇ｔｈｆｔｌｌ （１．Ｚｏｏ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬｉａｏｎｉｎｇ，Ａｎｓｈａｎ１１４０５１，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｓｈ￣ｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ １１００００，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｒ￣ｅａｒｃｈ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ．Ｓｈｅｎｙａｎｇ １ １００００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ＡＩ．Ｓｉ．Ｃｕ．Ｚｎ．Ｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｏｆ ５０—９０／￣ｒｒｕｑ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉ— ｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅｎ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｗｄｅｒ ｓｏｌｄｅｒ ｏｆ ＡＩ—Ｓｉ— Ｃｕ．Ｚｎ—Ｒｅ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｍｅｌｔｉｎｇ ｐｏｉｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｏｌｓｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｗｅｔｔｉｎｇ ａｎ— ｇｌｅ ａｎｄ ａｎｔｉ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｄ ＡＩｅ—Ｓｉ—Ｃｕ．Ｚｎ．Ｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｒｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ２．５ ａｎｄ ２８％．Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｅｄ ＡＩ—Ｓｉ．Ｃｕ—Ｚｎ—Ｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ａｒｅ ｆｉｎｅ ａｎｄ ｎｏ￣ｇｒｅｇａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ ｔｏ ｒａｉｓｉｎｇ ｔｈｅ ｗｅｔｔｉｎｇ ａｎｇｌｅ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉａｔｃｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｓｏｌ— ｄｅｒ，ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｃｒａｆｔ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ，ｓｔｏｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ，ｂｕｔ ａｌｏ ｔｓｈｅ ｂｅｔｔｅｒ ｓｏｌｄｅｒ ｃａｎ ｂｅ ａｃｑｕｉｒｄ，ａｎｄ ｅｗｈｉｃｈ ｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｈｅ ｎｏｖｅｌ ｓｏｌｄｅｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒａｐｉｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ；Ａｌ—Ｓｉ—Ｃｕ—Ｚｎ—Ｒｅ ｐｏｗｄｅｒｓ ｓｏｌｄｅｒ；ｂｒ￣ｉｎｇ （Ｒｅｃｅｉｖｅｄ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２，２００６）
