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铜与铝超声钎焊界面金属间化合物行为

作　者: 崔炜
导　师: 闫久春
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 纯铜纯铝超声波钎焊金属间化合物
分类号: TG454
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

铜/铝焊接的主要问题在于连接界面金属间化合物的存在弱化了钎焊接头的力学性能。本文主要研究了采用Sn-Zn系钎料超声钎焊铜/铝的接头中铜/焊缝和铝/焊缝界面的结合机制和界面结构、金属间化合物的生成规律、金属间化合物层的结构与接头强度的关系,提出了一种新的超声波钎焊工艺。采用纯Sn、纯Zn和Sn-xZn钎料进行超声波钎焊铜/铝,铝与焊缝的界面是固溶结合,界面上没有金属间化合物生成;铜与焊缝的结合总是化学反应结合,在界面上总存在金属间化合物。在温度较低和焊接时间较短的情况下,铜-焊缝界面上的金属间化合物以Cu-Sn化合物为主,在温度较高或焊接时间较长的情况下,Al的溶解显著增加,Al和Zn向铜表面的偏聚也显著增强,从而取代Cu-Sn金属间化合物,生成Cu-Al-Zn三元化合物。力学性能测试结果表明,化合物层厚度为2μm和5μm时接头强度相当,约为65-70MPa,化合物层厚度降低到1μm,接头强度提高到75-80MPa。提出了一种新的铜/铝超声钎焊方法。在焊接之前用超声方法在Cu表面涂覆一层Sn-9Zn钎料,再进行超声波钎焊。铜与钎料反应生成的Cu-Zn金属间化合物层在超声作用下破碎,细小弥散地分布在一个过渡层中。这样的结构在焊接之后保留下来,显著提高了接头强度,达到77-89MPa。由此提出了一种新的界面强化方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-8
第1章绪论  8-17
  1.1 课题背景及意义  8-9
  1.2 铜/铝钎焊的研究现状  9-10
  1.3 铜与铝的焊接界面结合机制研究现状  10-12
  1.4 铜/铝焊接接头界面金属间化合物力学行为研究现状  12-16
  1.5 本文研究的主要内容  16-17
第2章试验材料及方法  17-21
  2.1 试验材料  17-18
    2.1.1 铜和铝  17
    2.1.2 钎料  17-18
  2.2 试验设备及方法  18-20
  2.3 微观组织与力学性能分析  20-21
第3章 Sn-Zn系钎料超声钎焊铜/铝的界面研究  21-36
  3.1 钎焊工艺  21-22
  3.2 缝的微观组织和界面结构分析  22-35
    3.2.1 采用纯Sn钎料超声钎焊的焊缝微观组织和界面结构  22-25
    3.2.2 采用Sn-9Zn钎料超声钎焊的焊缝微观组织和界面结构  25-26
    3.2.3 采用Sn-15Zn钎料超声钎焊的焊缝微观组织和界面结构  26-28
    3.2.4 采用Sn-25Zn钎料超声钎焊的焊缝微观组织和界面结构  28-31
    3.2.5 采用纯Zn钎料超声钎焊的焊缝微观组织和界面结构  31-35
  3.3 本章小结  35-36
第4章 Sn-9Zn钎料超声钎焊铜/铝的界面强度研究  36-51
  4.1 钎焊工艺  37
  4.2 超声作用时间对Sn-9Zn钎料超声钎焊铜/铝接头金属间化合物结构和力学行为的影响  37-45
    4.2.1 超声作用时间20s时金属间化合物的结构和力学行为  38-39
    4.2.2 超声作用时间5s时金属间化合物的结构和力学行为  39-43
    4.2.3 超声作用时间2s时金属间化合物的结构和力学行为  43-45
  4.3 超声涂覆Sn-9Zn钎料后焊接工艺及金属间化合物力学行为  45-49
    4.3.1 超声涂覆对界面金属间化合物层的破碎作用  45-46
    4.3.2 超声涂覆后焊接接头的金属间化合物结构和力学行为  46-48
    4.3.3 破碎金属间化合物增强界面结合强度的机制分析  48-49
  4.4 本章小结  49-51
结论  51-52
参考文献  52-56
致谢  56-57
个人简历  57

铜与铝超声钎焊界面金属间化合物行为

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