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李小强 , 肖晴 , 李力 , 屈盛官 . Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能[J]. 材料工程,2016, 44(9): 32-37.
LI Xiao-qiang , XIAO Qing , LI Li , QU Sheng-guan . Microstructure and Mechanical Property of 3003 Aluminum Alloy Joint Brazed with Al-Si-Cu-Zn Filler Metal[J]. Journal of Materials Engineering, 2016, 44(9): 32-37.
Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金的接头组织及力学性能
李小强 , 肖晴, 李力, 屈盛官
华南理工大学 国家金属材料近净成形工程技术研究中心, 广州 510640
收稿日期: 2014-09-02 ; 修订日期: 2015-11-19
通讯作者: 李小强(1972-), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向:主要从事异种金属材料连接及粉末冶金方面研究, 联系地址:广东省广州市天河区五山路382号华南理工大学38号楼金属新材料中心(510640), E-mail:Lixq@scut.edu
摘要: 采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料对3003铝合金进行钎焊实验，国产太子摩托车报价，利用X射线衍射、扫描电镜、能谱仪对接头微观组织和断口进行分析，并研究了钎焊温度对接头组织和性能的影响。结果表明：在540~580℃保温10 min工艺下钎焊3003铝合金，世界公路摩托赛车视频，均可获得良好的钎焊效果。钎焊接头均由钎缝中心区的α（Al）固溶体、θ（Al2Cu）金属间化合物、细小Si相和AlCuFeMn+Si相，两侧扩散区的α（Al）固溶体与元素扩散层以及母材组成；钎焊接头室温剪切断裂于扩散区齿状α（Al）/钎缝中心区的交界面，断口主要呈脆性解理断裂特征。随着钎焊温度的升高，扩散区的α（Al）固溶体晶粒长大，接头结合界面犬牙交错；当钎焊温度为560℃，保温10 min时，接头的室温抗剪强度达到最大值92.3MPa，约为母材强度的62.7%。
关键词: 铝合金 钎焊 铝基钎料 接头组织
Microstructure and Mechanical Property of 3003 Aluminum Alloy Joint Brazed with Al-Si-Cu-Zn Filler Metal
LI Xiao-qiang , XIAO Qing, LI Li, QU Sheng-guan
National Engineering Research Center of Near-net-shape Forming for Metallic Materials, South China University of Technology, Guangzhou 510640, China
Abstract: Al-Si-Cu-Zn filler metal was developed to braze 3003 aluminum alloy. The microstructure and fracture surface of the joint were analyzed by XRD, SEM and EDS, and the effects of brazing temperature on microstructure and property of the joint were investigated. The results show that good joints are obtained at brazing temperature of 540-580℃ for 10 min. The brazed joint consists of α(Al) solid solution, θ(Al2Cu) intermetallic compound, fine silicon phase and AlCuFeMn+Si phase in the central zone of brazed seam, and α(Al) solid solution and element diffusion layers at both the sides of brazed seam, and the base metal. The room temperature (RT) shear fracture of the joint occurs at the interface between the teeth shape α(Al) in the diffusion layer and the center zone of brazed seam, which is mainly characterized as brittle cleavage. As the brazing temperature increases, α(Al) solid solution crystals in the diffusion zone grow up, and the interfacial bonding of the joint is in the form of interdigitation. Brazing at 560℃ for 10 min, the RT shear strength of the joint reaches the maximum value of 92.3MPa, which is about 62.7% of the base material.
Key words: aluminum alloy brazing aluminum based filler metal joint microstructure
铝合金由于密度小、力学性能良好、成形性能优异等优点，被广泛应用于航空航天、汽车、机械等行业[, ]。钎焊作为一种传统的连接技术，可以使被连接件的变形控制在极小的范围内，从而为结构复杂的铝合金制件的连接提供技术支撑。铝合金目前常用的钎焊方法有火焰钎焊、气体保护钎焊和真空钎焊[-]。火焰钎焊简便灵活，适用于小尺寸构件，但是加热过程中温度不易精确控制，难以保证接头质量，甚至可能烧坏被焊工件。气体保护钎焊和真空钎焊适应性好，并能较好地保证接头质量，但对设备的依赖性大，操作过程也较为复杂。空气炉中钎焊作为最简单有效的钎焊方法之一，具有加热均匀、设备简单通用、生产效率较高等优点，但因钎焊温度较高时，工件容易发生氧化，难以保证钎焊质量，导致其应用受到一定程度的限制；因此，寻找一种低熔点铝基钎料来降低钎焊温度，豪爵铃木摩托车官网报价表，对实现铝合金低成本、高质量的钎焊连接具有十分重要的实际意义。
常用的铝基钎料主要是以Al-Si共晶为基础，摩托车托运公司，晚上飙摩托第一视角，根据不同的母材特性和钎焊接头性能要求，豪爵铃木极客飒155，通过添加一定的合金元素而形成。针对不适宜采用Al-Si共晶钎料钎焊的低熔点铝合金[, ]，国内外学者为降低钎料的熔点作了大量研究，结果表明，摩托车托运公司，锗、铟、镱、铜等元素可以降低钎料的熔点；但考虑到材料成本，目前国内主要采用加入Cu元素以达到降低钎料熔点的目的[, ]。本工作采用自制的Al-Si-Cu-Zn钎料钎焊3003铝合金，大功率摩托车视频大全，如何网购摩托车，分析钎焊温度对接头组织和性能的影响规律。
1 实验材料与方法钎焊实验采用空气炉中钎焊工艺，在SX3-4-10-A型箱式电阻炉中进行，进口摩托车哪里买，所采用的铝合金试件尺寸为15 mm×30 mm×3 mm，摩托边箱哪个品牌好，其化学成分(质量分数/%)为：Mn 1.12，重机车飙车视频软件，Si 0.12，Cu 0.07，2万元左右的摩托车，Fe 0.55，Al为余量。母材的室温抗拉强度为147.3 MPa。
实验钎料为自主研制的箔状Al-Si-Cu-Zn钎料，大功率摩托车视频大全，厚度为0.2 mm。钎料的化学成分及其熔化温度如所示。该钎料以Al-Si为基础，通过添加适量铜和锌降低钎料合金的熔点，摩托600c赛车视频，改善其流动性[, ]；添加微量锰改善钎料对3003铝合金的润湿性，摩托机车之家2019最新报价，提高钎焊接头的强度和抗腐蚀性能。考虑到空气炉中加热的氧化性和钎焊过程中的去膜作用，6000左右最好摩托，采用QJ201钎剂进行保护，QJ201的化学成分为KCl-32LiCl-10NaF-8ZnCl2，雅马哈轻便摩托车，2万元左右的摩托车，熔点范围为460~520 ℃。
表 1 钎料合金的化学成分和熔化温度 Table 1 Chemical composition and melting temperature of the filler metal
Mass fraction/% Melting temperature/℃
Cu Zn Si Mn Al Ts Tl
25 9 4.5 1 Bal 493 525
钎焊前，将待钎焊面在SiC砂纸上按180#，360#，600#和800#顺序进行逐级打磨，接着用10%NaOH溶液去氧化膜，然后用清水冲洗，再用5%HNO3溶液进行中和处理，1～2万街车，最后用清水冲洗、晾干。风干后的钎料置于两钎焊面间组装成搭接接头(如所示)，并施加0.2 MPa的压力，以保证钎焊试样稳固[]。钎焊时，先将SX3-4-10-A型箱式电阻炉加热到钎焊温度并保温10 min，使炉膛内温度均匀，然后将装配好的试样放置于电阻炉内，通过快速升温避免钎剂因过早熔化而降低其效用，2万以内机车，从达到目标温度开始计时，焊后迅速从电阻炉中取出试样并空冷至室温。本实验钎焊温度为540~580 ℃，2万元左右的摩托车，保温时间为10 min。
图 1 钎焊接头示意图 Fig. 1 Schematic diagram of brazed joint
将钎焊接头截面研磨抛光进行金相制样(腐蚀液为0.5%HF水溶液)，采用DMI 5000M金相显微镜、Quanta200环境扫描电子显微镜、Inca 300能谱分析仪和D8 Advance X射线衍射仪等分析试样接头微观组织和断口形貌。采用CMT5105万能材料试验机测试钎焊试样抗剪强度，旧摩托车市场，实验加载速率为0.5 mm/min。
2 结果与讨论 2.1 钎料的XRD和微观组织, 分别为Al-Si-Cu-Zn钎料的XRD图谱和微观组织。由XRD结果可知该钎料含有α(Al)，θ(Al2Cu)，摩托车跑车视频欣赏，Si和Al65Cu20Fe9Mn6 4个相，新大洲本田2019年新车，结合EDS结果，判断微观组织中浅灰色基体为α(Al)相，灰色网络状为θ(Al2Cu)相，机车网，深灰色细针状为Si相，3万以内的重机车，黑色枝杈状为AlCuFeMn+Si相。
图 2 Al-Si-Cu-Zn钎料的XRD图谱(a)及微观组织(b) Fig. 2 XRD pattern(a) and optical microstructure(b) of Al-Si-Cu-Zn filler metal
2.2 典型钎焊接头的微观组织为钎焊温度560 ℃，钎焊时间10 min的接头微观组织。根据钎缝中元素(主要是Al元素)的线扫描结果(见)，可以将钎焊接头分成3部分，街车价格排行榜1~3万，即钎缝中心区、扩散区和母材[]。中间是以钎料合金为主的钎缝中心区(表示为Ⅰ区)，左右两侧是3003母材(表示为Ⅲ区)。Ⅰ区和Ⅲ区之间为Ⅱ区，一万左右的重机车，Ⅱ区是由于钎焊过程中钎料和母材中元素的扩散作用而形成的扩散区。
图 3 钎缝微观组织(560 ℃, 10 min)(a)钎缝线扫描图；(b)中心区微观组织 Fig. 3 Microstructure of the seam brazed at 560 ℃ for 10 min (a)element line scanning image; (b)microstructure of the center zone
如所示，根据Al元素的线扫描成分分布将扩散区可以分为单相α(Al)固溶体层(表示为A层)和元素扩散层(表示为B层)两层[, ]。从钎缝中心区到母材，Al元素含量先急剧升高，然后趋于稳定(A层)，略微下降之后又开始上升(B层)，最后达到新的稳定值。单相α(Al)固溶体层是指扩散层向钎缝中心方向生长的齿状α(Al)固溶体，它的形成既与Al-Si，2万的摩托，黄龙600报价参数，2万左右提速快的摩托车，摩托之家官网，Al-Si-Cu共晶反应有关，也与钎料中的Si，Cu元素的扩散有关，合金元素的扩散使母材在低于其熔点的温度下即可发生熔化。是560 ℃时钎焊接头的钎缝中心区微观组织，23万买什么机车好，与钎料的微观组织(见)对比，发现两者的相组成基本相同，3万元内街车，即浅灰色网络状的θ(Al2Cu)相、深灰色细针状和细小颗粒状的Si相以及深灰色枝杈状AlCuFeMn+Si相，其余为α(Al)固溶体。
2.3 钎焊温度对接头的微观组织的影响为不同钎焊温度时钎焊接头的微观组织，可见接头组织均较为致密，摩托世界锦标赛视频，呈现出良好冶金结合。由可以看出钎焊温度从540 ℃上升至560 ℃时，钎缝宽度逐渐增加，α(Al)和θ(Al2Cu)晶粒明显长大，并且α(Al)相在钎缝中所占体积比有所增加，θ(Al2Cu)相体积比减小。这是由于随着钎焊温度升高母材中的Al原子向钎料合金中扩散以及钎料合金中的合金原子(主要是Cu，豪爵铃木摩托车官网报价表，Zn，Si原子)向母材的扩散作用均加剧，导致母材溶解增多和钎缝/母材界面向母材一侧推移。当钎焊温度升高至580 ℃时，因钎焊温度过高，2019新款雅马哈摩托车，钎料黏度过低，导致钎料部分流失，钎缝变窄，钎缝中心区α(Al)相、θ(Al2Cu)相晶粒明显粗大，且组织较不均匀。对不同钎焊温度时钎焊接头的钎缝中心区的基体组织进行能谱分析，结果如所示。结合Al-Si-Cu三元相图[]，推断钎缝基体组织为固溶有Cu，摩托车评测视频网站，Zn，2019摩托车报价及图片大全，本田2019上市踏板摩托，Si元素的α(Al)固溶体。不同钎焊温度对应的钎缝中心区θ(Al2Cu)相、AlCuFeMn+Si相的能谱分析结果如所示。
图 4 不同钎焊温度时钎焊接头微观组织(a)540 ℃；(b)550 ℃；(c)560 ℃；(d)580 ℃ Fig. 4 Microstructures of the joints brazed at various temperatures (a)540 ℃; (b)550 ℃; (c)560 ℃; (d)580 ℃
表 2 钎缝中心区基体组织能谱分析 Table 2 Composition of the matrix in the center zone of brazed seam analyzed by EDS
Brazing temperature/℃ Atom fraction/%
Al Cu Zn Si
540 83.30 5.39 10.86 0.45
550 85.96 6.28 7.35 0.41
560 85.97 6.65 6.89 0.49
表 3 钎缝中心区的θ(Al2Cu)相与AlCuFeMn+Si相的能谱分析 Table 3 Composition of θ(Al2Cu) and AlCuFeMn+Si phase in the center zone of brazed seam analyzed by EDS
Brazing temperature/℃ Phase Atom fraction/%
Al Cu Zn Si Mn Fe
540 θ(Al2Cu) 66.55 30.52 2.18 0.75 - -
550 θ(Al2Cu) 68.62 29.19 1.39 0.80 - -
560 θ(Al2Cu) 66.56 31.13 1.48 0.83 - -
540 AlCuFeMn+Si 71.80 7.95 3.33 7.87 7.17 1.88
550 AlCuFeMn+Si 66.16 9.72 1.22 10.83 10.21 1.86
560 AlCuFeMn+Si 66.46 6.46 1.53 11.34 11.61 2.60
随着钎焊温度的升高，元素扩散作用加剧，2019年十大热销的踏板摩托车，扩散区齿状α(Al)固溶体进一步向钎缝中心生长，一万五以内最好的街车，形成犬牙交错的结合界面，进一步增强钎料与母材的冶金结合能力，使接头性能提高。齿状α(Al)固溶体的适当生长有利于钎焊接头力学性能的提高，下载夜晚摩托车飙车视频，但是钎焊温度过高会使母材发生过度溶蚀，接头性能反而恶化[]。
2.4 力学性能及断口分析采用Al-Si-Cu-Zn钎料在不同钎焊温度下对3003铝合金进行搭接钎焊，雅马哈2019新款踏板，获得的接头的室温抗剪强度[]及断裂位置如所示。由可知，摩托，钎焊温度为540~580 ℃，进口摩托车哪里买，钎焊接头均断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处。从540 ℃升高至560 ℃，钎焊接头的室温抗剪强度逐渐提高，2019将上市太子摩托车，但温度进一步升高至580 ℃时，强度有所下降。
表 4 不同钎焊温度的接头室温抗剪强度 Table 4 RT shear strength of the joints brazed at various temperatures
Brazing temperature/℃ Shear strength/MPa Location of fracture
540 54.8 α(Al)/center of brazed seam
550 64.5 α(Al)/center of brazed seam
560 92.3 α(Al)/center of brazed seam
580 61.6 α(Al)/center of brazed seam
钎焊温度直接影响元素的扩散能力和接头的冶金结合效果[]，钎焊温度为540 ℃时，一万五以内最好的街车，元素的长程扩散能力较弱，两侧扩散区较窄(见)，摩托车铝合金三箱排名，报废125摩托车多少钱，齿状α(Al)固溶体晶粒较小，钎缝与母材结合界面几乎呈直线，冶金结合相对偏弱，室温剪切时试样断裂在扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，钎焊接头抗剪强度为54.8 MPa；随着钎焊温度的升高，母材和钎料中元素的长程扩散能力增强，齿状α(Al)固溶体晶粒长大，2万左右的重机车，二手买卖车，接头结合界面犬牙交错，接头两侧扩散区逐渐增厚(见，)，冶金结合能力逐渐增强，试样剪切断裂时断裂面仍位于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界处，十大摩托跑车排行榜，但曲折的界面延缓了裂纹的扩展，使得钎焊接头抗剪强度得到提高。当钎焊温度为560 ℃时，钎焊接头的室温抗剪强度达到最大值92.3 MPa，约为母材强度的62.7%。然而进一步提高钎焊温度，2万左右提速快的摩托车，钎料发生部分流失，大飙车视频，5000内街车，母材发生轻微溶蚀，摩托车夜间飙车视频，扩散区的α(Al)固溶体晶粒不再均匀长大，从而导致钎焊接头的强度反而降低。当钎焊温度上升至580 ℃时，接头的室温抗剪强度下降到61.6 MPa。
为560 ℃钎焊接头的剪切断口形貌。从可以看出断口呈现出许多短而弯曲的撕裂棱，撕裂棱两边由大小不一的解理台阶构成。显示了中3个位置的能谱分析结果，国产太子摩托车报价，Al和Cu的原子比接近2:1，2万以内2019新款太子摩托车，可以判断剪切断口为θ(Al2Cu)相。再结合，可以判断接头断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区的交界面，这是由于α(Al)固溶体晶界处存在不连续网状分布的脆性θ(Al2Cu)相。在应力集中的作用下，脆性θ(Al2Cu)相沿α(Al)相界面被拉开从而产生裂纹，最终导致接头剪切断口表现为较明显的脆性解理断裂特性[]。
图 5 钎焊接头的剪切断口形貌(560 ℃, 10 min)(a)SEM断口形貌；(b)断口截面金相组织 Fig. 5 Shear fracture morphology of the joints brazed at 560 ℃ for 10 min (a)SEM fracture morphology; (b)optical microstructure of the cross-section of fracture surface
表 5 图 5(a)中3个点的能谱分析结果 Table 5 EDS results of the three spots in fig.5(a)
Location Atom fraction/%
Al Cu Zn
A 63.49 34.50 2.01
B 68.08 30.02 1.90
C 73.57 25.31 1.12
3 结论(1)采用Al-Si-Cu-Zn箔状钎料在540~580 ℃保温10 min工艺下对3003合金进行钎焊，可获得良好的钎焊接头，它由钎缝中心区、两侧扩散区和母材组成。560 ℃时钎焊接头的室温抗剪强度达到最大值92.3 MPa，约为母材强度的62.7%。
(2)在540~580 ℃保温10 min时，钎焊试样室温剪切断裂于扩散区齿状α(Al)/钎缝中心区交界面，主要沿扩散区齿状α(Al)固溶体相和脆性θ(Al2Cu)相的界面产生开裂，断口形貌主要呈现出脆性解理断裂特征。
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