基于圓錐過渡型變幅桿的顆粒增強(qiáng)釬料超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊行為研究.pdf

1、在低溫條件下超聲釬焊接頭強(qiáng)度較低，性能較差，無法滿足工業(yè)生產(chǎn)需求的問題。因此，為了低溫釬焊更好的發(fā)展，無論是工藝優(yōu)良且接頭性能好的超聲釬焊方法，還是新型的鋁合金釬料都是亟待解決的問題。本研究從超聲釬焊裝置中變幅桿的設(shè)計(jì)出發(fā)，力求設(shè)計(jì)出的釬焊裝置能夠有利于促進(jìn)潤(rùn)濕。繼而研究超聲參數(shù)對(duì)于釬料鋪展的影響，以期得到超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊試驗(yàn)的最優(yōu)工藝參數(shù)。最后，使用Sn-9Zn-xAl2O3釬料超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊6061鋁合金，研究其接頭組

2、織及力學(xué)性能。進(jìn)一步研究了不同尺寸顆粒對(duì)釬焊接頭組織和性能的影響。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　首先，振幅大的變幅桿有利于釬料的鋪展。采用ANSYS有限元分析法進(jìn)行變幅桿設(shè)計(jì)，最終得到變幅桿的尺寸：大端直徑為40mm，小端直徑為10.4mm，總長(zhǎng)度為142.6mm，振幅比達(dá)到7.2。應(yīng)力集中系數(shù)比階梯型變幅桿的應(yīng)力集中系數(shù)小且易加工的圓錐過渡型變幅桿。
　　其次，采用自行裝配的超聲釬焊裝置進(jìn)行超聲涂覆試驗(yàn)，確定超聲輔助半固

3、態(tài)涂覆釬焊的最優(yōu)工藝參數(shù)。超聲變幅桿與釬料相隔30mm左右，對(duì)釬料的鋪展十分有利。當(dāng)超聲作用時(shí)間和超聲功率增加時(shí)，釬料的鋪展面積均有所變大，但不是無限變大。超聲作用時(shí)間超過4s，面積不再增加，潤(rùn)濕角不再變化，處于一種穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)超聲功率的數(shù)值超過350W時(shí)，面積的增加幅度減小，而厚度的減小幅度依舊維持，從而證明霧化作用對(duì)釬料有不良的影響。最終確定的超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊工藝參數(shù)：超聲時(shí)間5s（保證其充分鋪展），超聲功率350W，溫度21

4、0℃，頻率24kHz，壓力為3N。
　　最后，采用 Sn-9Zn， Sn-9Zn-1nmAl2O3和 Sn-9Zn-1nm1μmAl2O3釬料超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊6061鋁合金。因納米尺寸和雙尺寸Al2O3顆粒的加入，提高了釬焊接頭的強(qiáng)度。此外，釬料中加入不同尺寸的Al2O3顆粒，可以不同程度地細(xì)化釬縫中的富Zn相和Sn-Zn共晶組織，提高了Al和Zn的擴(kuò)散深度，但是對(duì)界面處的冶金產(chǎn)物影響不大。進(jìn)而分析Sn-9Zn，Sn-9Zn

5、-1nmAl2O3和Sn-9Zn-1nm1μmAl2O3釬料超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊6061鋁合金接頭斷口，Sn-9Zn接頭的斷口是脆性斷裂，而加入 Al2O3顆粒釬料的接頭斷口都是韌性斷裂，特別是Sn-9Zn-1nm1μmAl2O3釬料的斷口，出現(xiàn)明顯的韌窩。并在釬縫中央發(fā)生斷裂并擴(kuò)展。且其斷口組織主要是基體β-Sn相、白色細(xì)長(zhǎng)狀的Sn-Zn共晶組織以及少量的富Zn相。通過上述的結(jié)果和分析可知，超聲輔助半固態(tài)涂覆釬焊的性能優(yōu)良，其接頭強(qiáng)