由于颗粒增强铝基复合材料的任何加工表面,都有裸露的颗粒增强相存在,因此常规的铝钎料对其难于润湿,需要采用活性钎料或对复合材料的待焊表面进行改性处理。此外,与铝合金的钎焊相类似,颗粒增强铝基复合材料在钎焊前必须去除表面上的氧化膜,并要保证整个焊接过程中不被重新氧化。总的来看,颗粒增强铝基复合材料的钎焊难度大于纤维增强铝基复合材料,其钎焊工艺并不十分成熟,可分为常规钎焊法和特种钎焊法。
1.颗粒增强铝基复合材料的常规钎焊法
对石墨颗粒增强铝基复合材料而言,保护气氛炉中钎焊是目前最成功的方法,但必须采用含Mg的Al-Si钎料。例如,采用6061Al箔与BAl88Si12箔组成的复合钎料,对Gp/Al复合材料进行氩气保护的炉中钎焊,得到了完整而致密的接头。当对石墨颗粒增强铝基复合材料与含镁的铝合金进行钎焊时,可以采用不含Mg的Al-Si钎料。例如,Gp/Al7Zn复合材料与6061Al进行钎焊时,采用BAl88Si12钎料即可获得高质量接头。当然,如果采用Al-Mg钎料来钎焊石墨颗粒增强铝基复合材料,也可以实现连接,但钎缝两侧存在严重的由氧化物组成的界面线。因此总的来看,钎焊石墨颗粒增强铝基复合材料,无论是其与自身连接,还是与铝合金连接,采用Al-Si-Mg钎料都是适宜的。
对于氧化铝颗粒(或晶须)增强的铝基复合材料而言,真空钎焊是常用的连接方法。钎焊前要将待焊表面进行磨削加工,并用800号砂布进行处理,最后再在丙酮中进行超声清洗。钎料的选择应以铝合金基体为依据,以避免钎焊过程中铝合金基体发生溶蚀甚至熔化。例如,对Al2O3w/6061Al复合材料与6061Al进行真空钎焊时,可采用由3003Al和4005Al组成的复合层状钎料,其中芯体为150μm厚的3003Al,两侧分别为5μm厚的4005Al包覆层,在590℃保温10min的钎焊条件下,所得接头的抗拉强度达到200MPa。
2.颗粒增强铝基复合材料的特种钎焊法(www.daowen.com)
特种钎焊法主要是指在钎焊过程中,通过各种外力作用,改善钎料对母材的润湿、铺展以及冶金行为,从而提高颗粒增强铝基复合材料钎焊接头性能的方法,如超声振动钎焊法和机械振动钎焊法等。
在超声振动钎焊方法中,当加热到钎焊温度时,对工件施加一定时问的超声振动,其频率为20~60kHz,振幅为3~30μm,振动时问为0.5~30s。加热方式可以是电阻加热,也可以是高频加热。钎料可以直接预置于待焊表面之问,也可以放置在边缘。该方法可在大气环境下或惰性气体保护下进行钎焊,待焊表面无须特殊清理,利用超声空化效应去除氧化膜,不需钎剂及焊后清理。液态钎料在超声振动作用下填缝效果好,钎透率高,缺陷少,所钎焊的Al2O3p/6061Al复合材料的接头强度系数达到80%以上。
在机械振动钎焊方法中,使钎焊温度介于钎料的固、液相线温度区问内,并对处于固、液两态的钎料施以低频机械振动,通过固、液两态钎料中的固相晶粒,对待焊表面进行周期性的冲击及剪切作用,去除表面氧化膜,在不使用钎剂的情况下实现钎料对母材的润湿、铺展和钎焊。机械振动的振幅为300~1000μm,时问为10~60s,钎焊问隙设定在200~1500μm之问。该方法可用于非真空条件下的无钎剂钎焊,钎焊质量好,所钎焊的SiCp/A356复合材料的接头强度系数达到82%。
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