SiCp-A356復合材料半固態(tài)攪拌釬焊工藝及機理研究.pdf

1、本文提出利用無釬劑非真空半固態(tài)機械攪拌輔助釬焊工藝實現(xiàn) SiC顆粒增強A356鋁基復合材料的連接。該工藝利用機械攪拌半固態(tài)釬料的方法破碎和去除基體表面氧化膜,同時在破膜過程期間高粘度半固態(tài)釬料中的液相成分能夠始終保持覆蓋待焊表面,既為焊料與母材的擴散溶解提供了合適的濃度梯度,而且還在整個焊接過程中保護待焊表面不被二次氧化。焊接溫度在母材的固相線以下,并且焊接過程中復合材料始終處于固態(tài),能夠完全避免SiC顆粒與Al基體發(fā)生界面反應生成Al

2、4C3。
　　在能夠滿足試驗要求和設備模塊式設計原則下,初步設計及制作半固態(tài)攪拌釬焊設備,并在試驗過程中不斷改進攪拌釬焊設備,使得SiC顆粒增強A356鋁基復合材料的焊接工藝能夠實現(xiàn)簡單化、高效率和高重復性。
　　初步設計及研制適合 SiCp/A356復合材料的半固態(tài)攪拌釬焊的釬料 ZnAl27。利用半固態(tài)理論,研究了ZnAl27合金的微觀組織、固相率與溫度的變化規(guī)律。
　　利用自制的半固態(tài)攪拌釬焊設備,研究了以ZnA

3、l27為釬料,SiCp/A356復合材料為母材,焊接溫度、攪拌頭轉速、焊接速度為工藝參數(shù)對釬焊接頭界面結構的影響規(guī)律,并通過利用界面結合率、焊縫致密度分別來衡量界面結合情況與焊縫中的孔洞率。在焊接溫度455℃、攪拌頭轉速1570rpm、焊接速度15mm/min時其接頭界面結合率為91.2％和焊縫致密度為94.5%,剪切強度達到78.5 MPa。二次攪拌釬焊的界面結合率和接頭剪切強度要高于一次攪拌釬焊的界面結合率和剪切強度,在二次攪拌釬焊

4、焊接溫度500℃時其接頭剪切強度達到113MPa。
　　采用定點攪拌破膜工藝試驗研究基體表面氧化膜在半固態(tài)攪拌釬焊下的破碎行為,并在試驗的基礎上建立了半固態(tài)攪拌釬焊下的基體表面氧化膜破碎模型。在半固態(tài)攪拌釬焊下其氧化膜的破碎是以固相顆粒對復合材料表面氧化膜擠壓和摩擦作用為主;在攪拌中期和攪拌后期,其氧化膜的破碎隨著攪拌時間的累積進一步破碎,釬料與母材發(fā)生一定的擴散。
　　對半固態(tài)攪拌釬焊存在的焊接缺陷進行了分析研究,其缺陷主