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脉冲电流对银合金凝固组织和性能影响

作　者: 李涛
导　师: 翟克勇
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 脉冲电流银合金晶粒细化润湿性
分类号: TG146.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

银基钎料是一种以银或者银基固溶体的钎料,这类钎料具有优良的工艺性能,较低的熔化温度,良好的润湿性和填充能力,钎缝强度高等优点,在焊接黑色金属和有色金属领域得到广泛的使用。在高精度异性材料钎焊中,Ag45CuZn钎料是应用最广的银铜锌系钎料,在对碳钢,低合金钢,不锈钢,工具钢,铜及铜合金等焊接领域中得到广泛应用。但是,由于Ag45CuZn钎料（牌号:HL303）价格高,贵金属银往往受市场影响,价格波动较大,给企业使用带来困惑和成本风险。因此材料学者们一直致力研究降低其成本而又具有同样性能的银钎料。电脉冲处理技术做为一种可以改善金属凝固组织的新技术,在对金属材料的凝固过程中有重要的影响。其细化金属组织的作用已经被众多材料科学者的实验结果所证实,然而对其机理的研究却远远落后于实验研究。因此,研究电脉冲技术对金属材料凝固组织的作用规律,探讨其作用机理成为了材料制备领域的一个重要的研究课题。本文以AgCuZn三元合金相图为基础,并以Ag45CuZn合金的性能指标为目标,在U₉-E₁线附近设计成分,拟研究一种Ag45CuZn的替代品。同时,利用自行设计的高能量密度脉冲电流发生装置（XJDMC-3型脉冲信号发生器）,对新合金施加适当的脉冲电流,以试图揭示脉冲电压、频率、脉宽等对试验合金凝固组织及性能的影响规律,揭示其细化试验合金凝固组织的机理。本实验研究了不同的脉冲电压、脉冲频率及电容对银合金凝固组织的影响规律。实验证明,银合金在凝固过程中,如果给其施加一定的脉冲电流是能够明显改善其凝固组织的,粗大枝晶有效变小,并有向块状转变的趋势,同时,组织的分布更加均匀;另外,电脉冲的电压大小,脉冲频率的高低,都会不同程度的影响合金的凝固组织。进一步研究表明,脉冲电压升高有利于晶粒的细化,脉冲频率的改变对组织有显著影响,但并非是脉冲频率越高越好。通过测定试验合金对母材的湿润性能,强度极限以及固相线和液相线,表明,试验合金通过电脉冲处理,其主要性能均能达到拟替代合金（Ag45Cu30Zn25合金）的性能指标。虽然固相线和液相线的熔点比Ag45Cu30Zn25合金偏高一些,但由于其有效降低了含银量。故具有很高的性能价格比。另一方面,经过电脉冲处理的试验合金,虽然细化了铸态组织,改善了偏析,在强度极限、熔点及湿润能力方面都接近或超过Ag45Cu30zn25合金,有很高的性能价格比。但是,在韧性方面与Ag45Cu30Zn25相比尚有差距,因此有待进一步试验研究。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-28
  1.1 研究背景与目的  9-11
  1.2 改善银合金组织性能的研究  11-14
    1.2.1 常用银钎料以及存在的问题  11-13
    1.2.2 改善银钎料性能的措施  13-14
  1.3 脉冲电流对金属凝固过程研究的国内外现状  14-17
  1.4 脉冲电流对金属凝固作用机理的研究进展  17-21
    1.4.1 脉冲电流影响形核率的机理  17-19
    1.4.2 脉冲电流影响液态金属结构的团簇理论  19-21
    1.4.3 电迁移的作用  21
    1.4.4 洛伦兹力和趋肤效应  21
  1.5 脉冲电流对金属凝固组织及性能的作用  21-26
    1.5.1 电脉冲对金属材料力学性能的作用  21-22
    1.5.2 电脉冲对晶粒尺寸和形态的影响  22-23
    1.5.3 超塑性和电致塑性的作用  23-24
    1.5.4 脉冲电流对裂纹产生及止裂的影响  24-26
  1.6 本文主要研究的意义和内容  26-28
    1.6.1 研究的主要内容  27-28
2 实验设备、材料及实验方法  28-39
  2.1 实验设备  28-29
  2.2 实验用原料及其制备  29-33
  2.3 实验方法及工艺流程  33-34
  2.4 实验内容  34-35
  2.5 合金钎料金相组织观察  35-36
  2.6 合金钎料的润湿和铺展性能试验  36-37
  2.7 焊料的性能测试  37-39
3 实验结果与分析  39-51
  3.1 脉冲电压对凝固组织的影响分析  39-40
  3.2 脉冲频率对凝固组织的影响分析  40-42
  3.3 脉冲电容对凝固组织的影响分析  42-43
  3.4 试验合金钎料的润湿能力和铺展性能的分析  43-48
  3.5 试验合金钎焊抗拉强度的分析  48-49
  3.6 试验合金钎料与常规银钎料的性能对比  49-51
4 结论  51-52
致谢  52-53
参考文献  53-56
攻读学位期间发表相关论文  56

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