CNTs/AlSiCu复合钎料制备及其钎焊MBO_W/Al接头强化机理研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:luzhiqing
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硼酸镁晶须增强铝基复合材料(MBOw/Al)是一种非连续增强型航空航天用复合材料,因其优良的承载、耐磨及尺寸稳定性能而获得广泛关注。然而,MBOw/Al成型性较差,难以加工成复杂构件,使其实际应用价值受到了极大地限制。因此,实现其高强度可靠连接具有重大意义。在铝基复合材料的钎焊过程中普遍存在两个难点,一方面,由于钎料与母材线膨胀系数不匹配,容易在接头处产生较大的残余应力而影响连接质量,因此优先选取与母材低线膨胀系数接近的铝基钎料;另一方面,母材自身的低熔点限制了钎焊温度,而低熔点钎料自身力学性能普遍较差,难以实现高强度连接。为此,亟需开发一种线膨胀系数低且自身力学性能良好的新型铝基钎料。本文通过PECVD方法低温原位在AlSiCu颗粒表面生长CNTs,制备出CNTs/AlSiCu复合钎料,并测试其热学及力学性能。同时,研究了生长温度、反应气体流量比等工艺参数对CNTs生长的影响,表征并分析了复合钎料中CNTs的含量、分散性、形貌、纯度及微观结构随工艺参数的变化规律,优化其最佳生长工艺参数。研究表明,CNTs/AlSiCu中CNTs含量约为4.85wt.%,且分布均匀,纯度高,结构完整,直径约为11nm,长度可达1μm。采用CNTs/AlSiCu实现了对MBOw/Al的可靠连接。接头典型界面为MBOW/Al复合材料/Mg2B2O5+Al2Cu+Al(s,s)+Al4C3/MBOW/Al复合材料。研究表明,钎料与母材间的互扩散作用与钎焊温度或保温时间正相关,接头强度在590℃/10min时达到峰值94MPa,相比于普通铝基钎料提升130%,而此时复合钎料中CNTs含量为0.6wt.%。研究表明,CNTs/AlSiCu对接头力学性能的强化作用主要体现在线膨胀系数调节及载荷传递方面。在钎焊降温过程中,CNTs通过调节线膨胀系数使应力峰值变小,有效阻碍了裂纹的产生与扩展,改善接头性能。通过在CNTs表面蒸镀钎料金属,模拟了实际钎焊过程中CNTs与AlSiCu的界面行为。结果表明,CNTs表面的缺陷或无定形碳可以与Al反应生成Al4C3薄层,改善CNTs与Al润湿性,提高界面结合强度,实现钎料金属的连续均匀包覆。由于CNTs保持了结构完整,且长径比高、比表面积大,接头载荷传递能力及力学性能得到了提高。
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