Al2O3陶瓷与5A05的钎焊工艺及机理研究

论文摘要

为了获得高气密的Al2O3陶瓷与5A05铝合金的封接构件,本文对二者的钎焊连接工艺及连接机理进行了研究。以Al-Si-Mg为钎料,利用自制工艺罩内置Mg粉方法,实现了化学镀镍Al2O3陶瓷与5A05铝合金真空钎焊连接。采用试验研究与理论分析相结合的方法,对接头界面结构及综合性能进行了深入研究。通过对Al2O3化学镀镍工艺优化,获得了光滑致密且无缺陷的镀Ni层,镀层组织为非晶与微晶的混合物。研究了不同粗化时间、镀层厚度、镀层焊前热处理工艺对接头组织及抗剪强度的影响。结果表明,粗化30min、镀层厚度为40μm及热处理温度为300℃,保温1h为最佳金属化工艺。当连接温度570℃,保温15min时,化学镀镍Al2O3陶瓷/Al-Si-Mg/5A05铝合金接头界面结构为:Al2O3/Ni（Ⅰ区） / Al3Ni2 （Ⅱ区）/Al3Ni+Mg2Si（Ⅲ区） /Al（α） + Mg2Si（Ⅳ区）/5A05。随着连接温度的升高,Al3Ni组织弥散分布,小颗粒状的Mg2Si逐渐聚集长大并分布在Ⅲ区与Ⅳ区交界处;随着保温时间的延长,Ⅱ区组织变化不大,而Ⅲ区组织逐渐变宽,当保温时间增加到50min时,Ⅲ区组织完全变成零乱的大小形状不一的块状分布,且靠近5A05侧的Mg2Si相消失。随着连接温度和保温时间的增加,接头抗剪强度先增大后减小,在连接温度为570℃,保温15min30min时接头的抗剪强度达到30MPa以上。接头的断裂形式属于脆性断裂,当钎焊温度较低或保温时间较短时,断裂往往发生在Ⅲ区（Al3Ni）与Ⅳ区（Al（α））的交界处;当镀镍层与基体Al2O3陶瓷结合强度过低时,断裂发生在镀镍层（即镍层脱落）;而钎缝中存在裂纹的区域也成为接头薄弱区。研究了活性元素Mg在铝合金真空钎焊过程中的去膜机制,建立了Mg的去膜机制模型。同时发现,Mg的加入量存在最佳值,加入量过小则去膜作用不明显,加入量过大则易引起溶蚀,在本试验条件下最佳值为250g/m3。在最佳化学镀镍及钎焊工艺条件下,对Al2O3陶瓷管及5A05铝合金的套接结构模拟件进行了焊接,结构件成型效果良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 陶瓷/金属焊接性分析
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 陶瓷金属直接钎焊
• 1.3.2 陶瓷金属间接钎焊
• 1.3.3 铝合金真空钎焊
• 1.4 课题的研究内容及试验方案
• 第2章 试验材料、设备及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验设备
• 2.3 钎焊方法
• 2.4 微观组织分析
• 2O₃ 陶瓷表面金属化工艺研究'>第3章 焊前Al₂O₃陶瓷表面金属化工艺研究
• 3.1 引言
• 2O₃ 陶瓷化学镀镍工艺'>3.2 Al₂O₃陶瓷化学镀镍工艺
• 3.3 镀Ni 层外观形貌分析
• 3.4 施镀前的粗化工艺对接头组织及性能的影响
• 3.5 镀层厚度对接头组织及性能的影响
• 3.6 镀层焊前热处理对接头组织及性能的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 Al-Si-Mg 钎料钎焊接头界面及力学性能分析
• 4.1 引言
• 4.2 钎焊温度对接头组织及性能的影响
• 4.2.1 钎焊温度对接头界面组织的影响
• 4.2.2 钎焊温度对接头力学性能的影响
• 4.3 保温时间对接头组织及性能的影响
• 4.3.1 保温时间对接头界面组织的影响
• 4.3.2 保温时间对接头力学性能的影响
• 4.4 界面产物形成机理研究
• 4.5 接头断裂行为机制研究
• 4.6 模拟件的焊接
• 4.7 本章小结
• 第5章 Mg 元素去膜机制及对接头组织性能的影响
• 5.1 引言
• 5.2 活性元素Mg 的去膜机制
• 5.3 活性元素Mg 对接头组织及性能的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢