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Al_2O_3陶瓷与Q235钢钎焊接头的微观组织与性能研究

作　者: 王新阳
导　师: 李炎
学　校: 河南科技大学
专　业: 材料学
关键词: Cu-Ti钎料 Al2O3陶瓷 Q235钢 钎焊界面 接头性能
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


实现Al2O3陶瓷与Q235钢的可靠连接,既能发挥陶瓷材料优异的耐高温、抗腐蚀及耐磨损等性能,又能充分利用金属材料易加工的特性,具有十分重要的理论和实用价值。本文采用Cu-Ti钎料来钎焊连接Al2O3陶瓷与Q235钢,研究了Cu-Ti钎料对Al2O3陶瓷的润湿性能,分析了钎料配比及钎焊工艺对接头组织与性能的影响。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、精密万能试验机等实验设备重点研究了钎焊接头的微观组织和连接性能,并对界面性能及接头断裂模式进行了探讨。研究结果表明,钎料的配比直接影响Cu-Ti钎料对Al2O3陶瓷材料的润湿性能,在实验合金成分范围内,Ti含量越高,钎料润湿性越好。钎料配比及钎焊工艺显著影响接头的微观组织与连接强度,使用不同配比钎料获得钎焊接头的界面组织不同,导致接头强度差别较大;钎焊温度过高或过低,保温时间过长或过短均不利于得到组织致密、性能良好的钎焊接头。使用Cu75Ti25（at%）钎料,在1050℃保温30min时,施加74kPa的钎焊压力能获得最佳的钎焊接头:界面结合区组织致密,裂纹、微孔缺陷较少,接头抗剪强度达到99.3MPa。对钎焊接头显微结构分析表明,界面结合区分为三层,即钎料金属与陶瓷形成的反应层、中间钎料层以及钢侧过渡层;在界面结合区生成有Cu基固溶体、Cu3Ti3O、TiFe、TiFe2新相;陶瓷与金属间实现了良好的冶金结合。对钎焊接头界面性能研究表明:界面区显微硬度值高于Q235钢,界面显微硬度平缓过渡,接头性能良好。不同结合强度的钎焊接头具有不同的剪切断口特征,接头的断裂模式有两种:一类是高强度断裂,断裂全部发生在陶瓷一侧;一类是低强度断裂,断裂发生在陶瓷与金属界面处。

全文目录


摘要  2-3
ABSTRACT  3-7
第1章 绪论  7-18
  1.1 引言  7
  1.2 陶瓷与金属连接的研究进展  7-13
    1.2.1 粘结剂粘接  8
    1.2.2 机械连接  8-9
    1.2.3 焊接连接  9-13
  1.3 陶瓷与金属活性钎焊研究  13-16
    1.3.1 陶瓷金属钎焊的特点  13
    1.3.2 陶瓷/金属的润湿与界面反应  13-15
    1.3.3 Al_20_3 陶瓷与金属活性钎焊研究进展  15-16
  1.4 本文主要研究内容  16-18
第2章 试验材料及方法  18-24
  2.1 试验材料及设备  18-19
    2.1.1 试验材料  18
    2.1.2 试验设备  18-19
  2.2 钎焊工艺设计  19-21
    2.2.1 钎料设计  19-20
    2.2.2 钎焊工艺过程  20-21
  2.3 钎料润湿性测试  21-22
  2.4 钎焊接头组织结构分析  22
    2.4.1 接头组织观察  22
    2.4.2 界面产物分析  22
  2.5 钎焊接头力学性能分析  22-24
    2.5.1 接头强度测试与断口分析  22-23
    2.5.2 界面硬度分析  23-24
第3章 钎料配比对钎焊接头组织与性能的影响  24-33
  3.1 引言  24
  3.2 钎料配比与保温时间对钎料润湿性能的影响  24-26
  3.3 钎料配比对钎焊接头组织的影响  26-31
    3.3.1 接头显微结构分析  26-30
    3.3.2 钎料配比对钎焊接头微观组织的影响  30-31
  3.4 钎料配比对接头强度的影响  31-32
  3.5 本章小结  32-33
第4章 钎焊工艺对钎焊接头组织与性能的影响  33-44
  4.1 引言  33
  4.2 钎焊温度对钎焊接头组织与性能的影响  33-37
    4.2.1 钎焊温度对界面组织的影响  33-34
    4.2.2 钎焊温度对界面元素扩散的影响  34-36
    4.2.3 钎焊温度对接头强度的影响  36-37
  4.3 保温时间对钎焊接头组织与性能的影响  37-39
    4.3.1 保温时间对界面组织的影响  37-38
    4.3.2 保温时间对接头强度的影响  38-39
  4.4 其它工艺条件的影响  39-42
    4.4.1 钎焊压力的影响  39-40
    4.4.2 中间层的影响  40-42
    4.4.3 升降温速率的影响  42
  4.5 本章小结  42-44
第5章 界面反应过程及界面性能研究  44-49
  5.1 引言  44
  5.2 界面反应过程讨论  44-46
  5.3 界面显微硬度分析  46
  5.4 接头断裂模式分析  46-48
  5.5 本章小结  48-49
第6章 结论  49-50
参考文献  50-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间的研究成果  55

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接一般性问题 > 焊接接头的力学性能及其强度计算
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