论文摘要
碳化硅颗粒增强铝基复合材料具有的高比强度、比模量、耐磨、耐高温、耐腐蚀、良好的热稳定性等优点,使其在航空航天、汽车、电子和医学等领域具有广泛的应用前景,成为当今金属基复合材料发展与研究的主流。然而,由于铝基复合材料的特殊组织结构导致其焊接性很差,难以形成高强度的焊接接头,成为该类材料走向实用化的严重障碍,因此,系统研究铝基复合材料的焊接性已是迫在眉睫。相对于其它焊接方法来说,钎焊具有加热温度低,对母材中增强相的影响小,而且焊接变形小,操作简单等特点。基于此,本文以碳化硅颗粒增强铝基复合材料SiCp/101Al为研究对象,分别采用氩气保护炉中钎焊和真空钎焊方法进行工艺试验,较深入地分析了铝基复合材料钎焊接头的形成过程,研究了铝基复合材料钎焊接头的显微结构特点、力学性能及断裂特征和连接工艺对接头组织与力学性能的影响规律。研究结果表明:通过选择合理的钎料、钎剂组合以及采用合适的钎焊工艺参数,可以获得质量良好的钎焊接头。对于两种钎焊方法来说,钎焊接头的剪切强度和显微硬度都是随钎焊温度的升高而升高,但当达到一定值以后,又随着钎焊温度的升高而降低。接头显微组织分析可知,钎焊过程中钎料熔化,熔态钎料对母材进行润湿、铺展并与母材之间合金元素发生互扩散,发生共晶反应。钎料中的Si、Cu等合金元素扩散到母材基体中,并于与基体中的Al通过共晶方式结合。由于Si具有与SiC相似的晶体结构,钎缝界面上的Si以SiC作为异质形核基底而形核长大,这样Si相在SiC与Al相之间起到了一种过渡连接作用,有利于提高钎缝界面之间的结合质量。另外,从钎缝区的XRD图中发现含有Al-Cu、Al-Si共晶组织相,并且实际检测到了SiC相的存在;对钎缝区的透射电镜观察,进一步证实钎缝中存在SiC相,说明有部分SiC增强相过渡到了钎缝之中,可在一定程度上提高钎缝接头的力学性能。钎焊接头的断口扫描观察显示,接头大部分都呈韧性断裂,而且大多数接头均断于母材部位,表明获得钎焊接头的剪切强度相对较高。综上可知,采用氩气保护炉中钎焊和真空钎焊工艺连焊SiCp/101Al复合材料是可行的。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 铝基复合材料概况1.2 铝基复合材料连接的主要方法和特点1.2.1 熔化焊1.2.2 固相连接1.2.3 其他焊接方法1.2.4 钎焊1.3 颗粒增强铝基复合材料的钎焊研究现状1.3.1 真空钎焊1.3.2 保护气氛炉中钎焊1.3.3 电阻钎焊1.3.4 铝基复合材料在钎焊过程中存在的问题1.4 本课题研究目的及意义1.5 本课题研究的主要内容第二章 试验材料和方法2.1 实验材料2.1.1 母材2.1.2 钎料的选择2.1.3 钎剂的选择2.2 试验设备2.3 试验方法2.3.1 润湿性实验2.3.2 钎焊接头设计2.3.3 钎焊工艺实验2.3.4 钎焊接头力学性能测定2.3.5 钎焊接头的微观组织结构分析第三章 氩气保护炉中钎焊3.1 钎焊工艺参数对接头力学性能的影响3.1.1 工艺参数对钎焊接头剪切强度的影响3.1.2 工艺参数对钎焊接头显微硬度的影响3.2 钎焊接头界面微观组织结构分析3.2.1 接头金相组织分析3.2.2 断口扫描分析3.2.3 钎焊接头的相结构分析3.2.4 透射电镜观察3.3 焊接残余应力对接头组织与性能的影响3.3.1 焊接残余应力的形成3.3.2 复合材料中热残余应力的测量方法3.3.3 热残余应力对组织与性能的影响3.3.4 残余应力引起应力腐蚀对材料性能的影响3.4 本章小结第四章 铝基复合材料的真空钎焊4.1 钎焊工艺参数对接头力学性能的影响4.1.1 工艺参数对钎焊接头剪切强度的影响4.1.2 工艺参数对钎焊接头显微硬度的影响4.2 钎焊接头界面微观结构分析4.2.1 金相显微组织分析4.2.2 断口扫描分析4.2.3 钎焊接头相结构分析4.3 固溶时效热处理对钎焊接头性能的影响4.3.1 铝基复合材料的固溶时效处理4.3.2 影响合金固溶时效处理的因素4.3.3 固溶时效处理对钎焊接头性能的影响2O3氧化膜对接头组织与工艺过程的影响'>4.4 Al2O3氧化膜对接头组织与工艺过程的影响2O3氧化膜对钎焊接头组织的影响'>4.4.1 Al2O3氧化膜对钎焊接头组织的影响2O3氧化膜的去除'>4.4.2 关于 Al2O3氧化膜的去除4.5 本章小结第五章 炉中钎焊和真空钎焊结果对比5.1 接头力学性能对比5.2 接头微观结构对比第六章 结论参考文献致谢攻读硕士期间发表论文
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