扩散焊实验资料.doc

弥散铜/纯铜扩散焊工艺
电阻焊时电极要求工作部位等关键之处采用该类高强高导铜合金，其他部位则可采用导电性优良而价格则相对低廉的纯铜来代替，从而降低生产成本。加热温度、压力、扩散时间是影响扩散焊接头质量的主要因素
温度:
扩散温度由500℃上升到550℃时，由于温度升高，提高了原子的振动能，有助于Cu原子借助能量起伏而越过势垒进行扩散迁移.同时温度升高.金属内部的空位浓度提高，这也有利于Cu原子的扩散。但当扩散温度由550℃升高到600℃时，焊缝两侧母材晶粒迅速长大，降低了扩散焊接头的韧性，同时造成焊接接头处的晶界、亚晶界消失，导致接头抗拉强度下降。因此，选择合适的加热温度对提高扩散焊焊接接头质量十分重要。
(2)保温时间对接头抗拉强度的影响
保温时间长，Cu原子的扩散均匀充分;保温时间太短，接头界面两侧的铜原子来不及充分扩散，导致接头界而处出现空隙，焊接接头强度较低。增加保温时间可以使接头组织更均匀，随着扩散时间的延
长，原子扩散得到充分进行，接头强度也随之提高。但当保温时间延长到一定程度时，对焊接接头强度起不到进一步提高的作用，反而会使扩散焊接头出现晶粒长大，晶界、亚晶界消失现象，同样导致焊接接头的性能下降。
(3)焊接压力对接头抗拉强度的影响
焊接压力为15 MPa时，接头界而上的大部分区域结合不够致密，在扫描电镜(SEM)下可以观察到扩散界面过渡区中存在大量孔洞及不连续的夹杂物，这些夹杂物附着在结合界处，造成结合界面的不连
续，当焊接压力为25 MPa时，在扫描电镜中观察到2种材料之间结合紧密，无孔洞及夹杂等缺陷。随着焊接压力的提高.焊接界面上的孔洞逐渐弥合、消除，所得接头组织致密均匀，抗拉强度也较高。焊接压力对接头性能的影响主要是通过金属的塑性变形表现出来，宏观上看来已经十分光洁与平整的母材表而，微观上是凹凸不平的，适当的焊接压力可以使焊件表而微观凸起部分产生塑性变形后达到紧密接触状态，增大接触而积可以增加原子扩散通道，促进界而区的扩散。压力过小易产生界面孔洞，阻碍晶粒生长和原子穿越界而的扩散迁移，形成的接头强度一般不高。随焊接压力的提高，焊接界而处紧密接触的而积增大，空洞逐渐弥合、消除，所得组织致密均匀，抗拉强度会提高，但如果压力过大，接头变形严重反而合伸悍接接牛的质量下降.
各因素对接头抗拉强度的影响大小依次为:扩散温度>压力>保温时间。在焊接温度为550 0C，保温时间为3h，压力为25 MPa时，接头的抗拉强度高达166.9 MPa。:弥散铜/纯铜固相扩散连接界而的连续性非常好，基本不存在孔洞，结论
(1)弥散铜/纯铜固相扩散连接时，加热温度过低，原子扩散系数小，扩散速度慢，距离小，导致界面出现大量孔洞;加热温度过高，易造成晶粒长大，接头强度也不高。550℃为较佳扩散温度。
2 ) A1z03弥散铜/纯铜固相扩散连接过程中，保温3h可得到性能较好的接头。保温时间较短，由于扩散不充分会在接头界而处出现孔隙;但过长的保温时间会引起界而两侧晶粒急剧长大。
(3)提高压力可提高A1Z03弥散铜/纯铜扩散焊接头的质量，减小孔洞、夹杂等缺陷，在试验所选工艺参数范围内，焊接压力为25 MPa时可获得性能较好的焊接接头，但过高的压力也会导致纯铜产生较大的塑性变形。
Cu/ Al扩散焊工艺及结合界面的组织性能
铝与铜二者的化学和物理性能相差很大，因此成功地将A1和Cu焊接在一起并达到所要求的性能并非易事。实际生产中常将铝钎焊到一个镀铝的钢件上，然后把铜钎焊到钢的另一端。这种方法在应用中所需设备以及工艺条件都比较复杂，所得接头的性能难以控制，不能作为焊接铜、铝的有效方法。而且依靠钎剂提高Cu/ A1钎焊接头质量也难以满足使用要求。
真空扩散焊是在高真空气氛中焊接零部件的一种先进工艺方法，可以焊接常规方法难以连接的材料，得到具有较高结合强度的优质焊接接头.
试验材料为厚度0.5 mm的工业纯铝和紫铜试板尺寸为5O mm x 50 mm x 0.5 mm，迭合在一起进行扩散焊接。
由于铜的导热率高，铜、铝线膨胀系数不同，且铝和铜在加热时易形成氧化膜，不利于焊接。紫铜在高温下的氧化膜为Cu0 + CuzO(外层为Cu0，内层为Cu20)，这些氧化物容易还原，对真空扩散焊影响不大。
但是，铝的表面易形成致密且化学性质稳定的A1z03膜，阻碍母材的润湿和界面的结合。焊前须先去除铝材表面的氧化膜，然后将铝、铜试板迭合在一起，放入真空室。
2.，扩散焊工艺参数的确定
铜与铝焊接有一定难度，一是铝表面那层化学性能稳定的氧化膜难以彻底去除;二是在界面附近易形成脆性化合物，降低扩散接头的强韧性。为了获得高质量的接头，必须采取相应的工艺措施，以便直接在焊接室内抽真空的同时将氧化膜从扩散表面上去除。 母材的物理化学性能、表面状态、加热温度、压力、扩散时间等是影响扩散焊接头质量的主要因素。加热温度越高，结合界面处的原子越容易扩散。但由于受CuAI热物理性能的限制，加热温度不能太高。否
则母材晶粒明显长大，使接头强韧性降低。在540℃以下，Cu/ A1扩散焊接头强度随加热温度的提高而增加，继续提高温度则使接头强韧性降低，因为在565℃时形成A1与Cu的共晶体。在扩散焊接头被拉断后，在铜一侧的表面可观察到很厚的铝层。 压力越大、温度越高，界面处紧密接触的面积越大，越易于原子扩散。压力小易产生界面孔洞，阻碍晶粒生长和原子穿越界面的扩散迁移。铜、铝原子具有不同的扩散速度，扩散速度大的A1原子越过界面向Cu侧扩散。而反方向扩散过来的Cu原子数量较少。受A1热物理性能的影响，压力不能太大。试验证明，Cu/A1扩散焊压力为11. 5 M Pa，可避免界面扩散空洞的产生。在温度和压力不变的情况下，延长保温时间到25
一30 min时，接头强度有显著的提高。
保温时间长，铜、铝原子扩散均匀充分。时间太短，铜、铝原子来不及进行充分扩散，无法形成牢固结合的扩散焊接头。但时间过长使Cu/A1界面过渡层区晶粒长大，金属间化合物增厚，致使接头强韧性下降。在(520~ 540)℃的焊接温度下，扩散时间为60 min时，接头界面结合较好。通过以上试验和分析确定的Cu/A1真空扩散焊最佳工艺参数为:加热温度(520540)℃，压力11. 5 MPa，保温时间60 min。试验中采用的真空扩散焊工艺参数见图