Al-20Cu-9.6Si-xEr釬料對SiCp/A356復(fù)合材料真空釬焊接頭組織與性能的影響

徐冬霞，田金峰，王東斌，牛濟(jì)泰，薛行雁，孫華為

(1 河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作454000；2 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001；3 河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司，河南 焦作454000；4 鄭州機(jī)械研究所 新型釬焊材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001)

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Al-20Cu-9.6Si-xEr釬料對SiCp/A356復(fù)合材料真空釬焊接頭組織與性能的影響

徐冬霞1，田金峰1，王東斌1，牛濟(jì)泰2,3，薛行雁4，孫華為4

(1 河南理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，河南 焦作454000；2 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 先進(jìn)焊接與連接國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001；3 河南晶泰航空航天高新材料科技有限公司，河南 焦作454000；4 鄭州機(jī)械研究所 新型釬焊材料與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，鄭州 450001)

采用不同鉺含量的7組Al-20Cu-9.6Si-xEr釬料分別對SiCp/A356復(fù)合材料進(jìn)行了真空釬焊。利用掃描電鏡和能譜分析等方法對接頭微觀組織進(jìn)行了觀察和分析。通過剪切實(shí)驗(yàn)對釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度進(jìn)行了測定，并對剪切斷口的微觀形貌進(jìn)行了觀察。結(jié)果表明：添加稀土后，釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度明顯提高。當(dāng)w(Er)=0%時(shí)，釬縫處SiC顆粒聚集嚴(yán)重，接頭強(qiáng)度為43.5MPa；當(dāng)w(Er)=0.05%時(shí)，釬縫邊界無SiC顆粒的聚集，接頭強(qiáng)度最高，達(dá)到68.6MPa；當(dāng)w(Er)=0.1%～0.4%時(shí)，釬縫處SiC顆粒聚集趨勢減弱，接頭強(qiáng)度值在45.3～50.5MPa之間；當(dāng)w(Er)=0.5%時(shí)，SiC顆粒分布在釬縫內(nèi)部，接頭強(qiáng)度明顯提高，達(dá)到62.2MPa。

稀土Er；Al-Cu-Si-Er釬料；抗剪強(qiáng)度；釬焊接頭

SiCp/Al復(fù)合材料因具有高比強(qiáng)度、高比模量、高比剛度、低密度和低膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)異性能而成為理想的電子封裝材料，例如可代替W/Cu,KOVAR等傳統(tǒng)封裝合金作為電子元器件的基座和外殼材料[1]。另外，SiCp/Al復(fù)合材料已被用于航天領(lǐng)域作為航天飛機(jī)、人造衛(wèi)星、空間站等設(shè)備的結(jié)構(gòu)材料[2]。但是，由于該復(fù)合材料中分布的增強(qiáng)體顆粒與基體之間的物理、化學(xué)性能差異很大，導(dǎo)致其焊接性較差，因而焊接技術(shù)成為阻礙其推廣應(yīng)用的主要障礙[3,4]。釬焊技術(shù)具有加熱溫度相對較低，不涉及基體金屬的熔化，弱化基體與增強(qiáng)相的界面反應(yīng)及材料熱變形較小等優(yōu)點(diǎn)，成為SiCp/Al復(fù)合材料連接領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)[5]。但從現(xiàn)有的研究結(jié)果來看，在SiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料釬焊過程中，仍存在SiC顆粒阻礙釬料流動、釬料在母材上的潤濕性和鋪展性較差等問題[6]，因此，探討SiCp/Al復(fù)合材料的表面改性技術(shù)、設(shè)計(jì)綜合性能良好的釬料并制定合適的釬焊工藝是解決該類復(fù)合材料釬焊難題的研究重點(diǎn)。

在釬料成分設(shè)計(jì)方面，開發(fā)熔點(diǎn)低、流動性好，腐蝕性小、擴(kuò)散能力強(qiáng)的釬料是解決釬焊難題的首要任務(wù)。結(jié)合復(fù)合材料基體合金、陶瓷類增強(qiáng)相的特性和有關(guān)相圖資料，在Al-Si系釬料中添加適量的Cu，Mg，Bi和Ti等元素可以起到降低釬料熔點(diǎn)、減小界面能、提高釬料潤濕鋪展性能和改善SiC顆粒潤濕性能等作用[5,6]。其中，Al-Cu-Si系列釬料合金因具有較低的熔點(diǎn)、較好的流動性、可加工性和耐腐蝕性，在各類鋁合金的釬焊研究中得到了廣泛應(yīng)用[7,8]。細(xì)化Al-Cu-Si系列釬料合金的顯微組織，并進(jìn)一步提高其潤濕鋪展性能，是該系列釬料成功應(yīng)用于SiCp/Al復(fù)合材料真空釬焊的關(guān)鍵。研究表明，稀土在鋁合金中易與雜質(zhì)生成金屬間化合物，偏聚在晶界上，增大過冷度，具有細(xì)化晶粒的作用，同時(shí)可以改變鋁合金組元Si，F(xiàn)e的形態(tài)，減少針狀晶，增加球狀晶[9]。于洋等[10]認(rèn)為，在Al-Cu-Si釬料合金中加入微量稀土Er，可以顯著細(xì)化Al-Cu-Si釬料合金的顯微組織，提高其對被焊基體鋁合金的潤濕能力。本工作采用Al-20Cu-9.6Si-xEr系列釬料合金，對低體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料進(jìn)行真空釬焊實(shí)驗(yàn)，研究釬料合金中不同含量的Er元素對釬焊接頭顯微組織以及元素?cái)U(kuò)散行為的影響。分別對各組釬焊接頭進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，分析Er元素含量的變化對釬焊接頭抗剪強(qiáng)度的影響規(guī)律以及相關(guān)機(jī)理。進(jìn)而確定可顯著改善SiCp/Al復(fù)合材料釬焊接頭質(zhì)量和提高接頭抗剪強(qiáng)度的最佳Al-20Cu-9.6Si-xEr釬料合金成分，即優(yōu)選出稀土Er的最佳添加量。

1　實(shí)驗(yàn)材料與方法

實(shí)驗(yàn)所用母材為無壓滲透法制備的體積分?jǐn)?shù)為20%的SiCp/A356復(fù)合材料，連接試樣的尺寸為20mm×10mm×2mm。釬料是通過高頻感應(yīng)真空熔煉爐和真空甩帶機(jī)加工而成的寬度為8mm、厚度為0.05mm的Al-20Cu-9.6Si-xEr箔狀合金。由DSC測試結(jié)果可知，添加微量稀土Er對釬料合金固液相線的影響甚微，其溫度區(qū)間為520～546℃。根據(jù)稀土Er添加量的不同，將釬料合金分為7組，見表1。

表1　不同稀土Er添加量的釬料合金(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

釬焊實(shí)驗(yàn)在型號為ZHS-60的真空釬焊爐中進(jìn)行，采用的真空壓強(qiáng)為6.5×10-3Pa。接頭采用單面搭接的形式，搭接長度為8～10mm，焊接前將搭接的復(fù)合材料焊件裝卡在夾具上，如圖1所示[11]。

圖1　加壓釬焊夾具示意圖[11]Fig.1　Schematic diagram of pressurizing brazing[11]

由于加工后的復(fù)合材料表面存在較多油垢和較厚的氧化膜，為避免油垢和氧化膜對釬焊實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，釬焊前須對其表面進(jìn)行處理。處理的流程如下：800#金相砂紙打磨→超聲波水洗20min→超聲波丙酮清洗15min→超聲波水洗5min→7%NaOH溶液浸泡10s→超聲波水洗5min→超聲波無水乙醇清洗5min。清洗后的母材和釬料合金迅速分組裝配入爐。

結(jié)合釬料合金的熔化曲線，選擇若干組釬焊工藝進(jìn)行了釬焊實(shí)驗(yàn)，根據(jù)對釬焊后接頭質(zhì)量和抗剪強(qiáng)度等因素的綜合分析，最終確定了該復(fù)合材料的最佳真空釬焊工藝：釬焊溫度T=570℃，升溫速率為16℃/min，保溫時(shí)間t=30min，繪制的工藝曲線見圖2。

圖2　釬焊工藝曲線Fig.2　Process curve for brazing

取出隨爐冷卻后的試樣，在CMT5105型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)。使用Philips-quanta-200掃描電子顯微鏡對釬縫的微觀組織形貌進(jìn)行觀察，對釬縫中釬料與復(fù)合材料的界面結(jié)合情況進(jìn)行分析，并通過掃描電鏡EDAX能譜儀，利用特征X譜線對釬縫內(nèi)部及周邊的元素分布、擴(kuò)散情況進(jìn)行研究。

2　結(jié)果與分析

2.1接頭的微觀形貌

圖3為采用不同稀土Er含量的Al-20Cu-9.6Si-xEr釬料真空釬焊后接頭的微觀形貌。可以看到，在部分釬縫內(nèi)部有大量的塊狀亮色物質(zhì)存在。由圖3(a)，(c)，(e)，(f)可知，大量的SiC顆粒在釬縫接頭處聚集，且SiC顆粒周圍存在空洞、微裂紋等明顯缺陷。這是由于釬焊加熱令靠近釬縫處的母材發(fā)生了部分熔化，在隨后冷卻結(jié)晶過程中靠近釬縫處的部分SiC顆粒被推至釬縫邊界或內(nèi)部[12]。如圖3(b)，(d)所示，在釬縫的邊界和內(nèi)部，SiC顆粒聚集現(xiàn)象不明顯，且組織致密，未發(fā)現(xiàn)空洞、微裂紋等缺陷。

由此可知，在釬焊過程中稀土Er參與了釬料合金與母材基體內(nèi)各元素的擴(kuò)散和反應(yīng)。由于稀土在鋁合金基體的固溶度較低，較低含量的稀土固溶在固溶體內(nèi)部或分布在Si相周圍，起到細(xì)化晶粒和變質(zhì)Si相的作用[13,14]。過量的稀土?xí)阝F縫處和Fe，Ni等元素結(jié)合生成片狀或針狀的化合物。晶粒的細(xì)化有利于提高釬料合金的潤濕鋪展性能，經(jīng)過稀土變質(zhì)后，活性元素Si相的形態(tài)由帶有鋒利邊緣的多邊形變?yōu)槎贪魻罨蝾w粒狀。Si形態(tài)的轉(zhuǎn)變降低了其對釬縫基體的割裂趨勢，也利于其在釬縫邊界的擴(kuò)散，因此，不同含量的稀土Er在釬焊反應(yīng)過程中發(fā)揮的作用存在差異，這些差異使得7組釬縫的微觀形貌和界面組織存在較大的區(qū)別。SiC顆粒的聚集狀態(tài)和焊接缺陷的嚴(yán)重程度直接影響接頭的質(zhì)量。可見，添加微量的稀土對釬縫的微觀形貌造成了較大的影響，即微量稀土Er改善釬料在釬焊過程中的填縫能力和對母材的潤濕性能，影響釬料和母材中元素的擴(kuò)散能力以及釬縫邊界處SiC顆粒的分布狀態(tài)。

圖3　釬焊接頭的微觀形貌　(a)w(Er)=0%;(b)w(Er)=0.05%;(c)w(Er)=0.1%;(d)w(Er)=0.2%;(e)w(Er)=0.3%;(f)w(Er)=0.4%;(g)w(Er)=0.5%Fig.3　Microstructures morphology of brazed joints　(a)w(Er)=0%;(b)w(Er)=0.05%;(c)w(Er)=0.1%;(d)w(Er)=0.2%;(e)w(Er)=0.3%;(f)w(Er)=0.4%;(g)w(Er)=0.5%

2.2釬縫的成分分析

為了分析母材和釬料合金元素的互擴(kuò)散程度、SiC顆粒在部分釬縫邊界和內(nèi)部聚集的現(xiàn)象以及稀土Er在釬縫周圍的分布狀況及其對其他元素?cái)U(kuò)散行為的影響，需要獲得釬縫處各典型區(qū)域的SEM顯微照片(見圖4)，并在典型區(qū)域內(nèi)選擇微區(qū)進(jìn)行EDS能譜測試。

將圖4中各個(gè)微區(qū)的化學(xué)元素分析結(jié)果進(jìn)行整理，如表2所示。

圖4　焊縫的SEM顯微照片　(a)w(Er)=0%;(b)w(Er)=0.2%;(c)w(Er)=0.5%Fig.4　SEM images of brazing joints　(a)w(Er)=0%;(b)w(Er)=0.2%;(c)w(Er)=0.5%

表2　各區(qū)域的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)

結(jié)合圖4(a)和表2中數(shù)據(jù)可知，釬縫內(nèi)部存在的亮灰色物質(zhì)的主要元素是Si和Al，區(qū)域A和區(qū)域B構(gòu)成α(Al)+Si的共晶組織，SiC顆粒聚集在共晶組織周圍。分析認(rèn)為初生α(Al)的析出，會不斷向熔體內(nèi)排出溶質(zhì)Si元素，這樣SiC顆粒周圍熔體內(nèi)的Si元素濃度要高于金屬熔體內(nèi)的平均Si濃度。Si元素在SiC顆粒與基體合金之間起到橋梁連接的作用，適量的Si含量利于提高焊接質(zhì)量，過量的Si含量容易引起SiC顆粒的偏聚，造成SiC顆粒周圍出現(xiàn)空洞等明顯缺陷。區(qū)域C的主要元素為Al，Cu和Ni，推知圖4(b)中大塊的該類亮色物質(zhì)由Al-Cu-Ni相及θ(Al2Cu)組成。由該區(qū)域存在大量的母材元素Ni可知，在該釬焊工藝下，元素的擴(kuò)散程度比較充分。由B,D區(qū)域內(nèi)包含一定量的Fe和Mn元素可知，在釬焊過程中母材內(nèi)含量較少的元素也向釬縫發(fā)生了擴(kuò)散。這是由于稀土易于和Fe元素結(jié)合，生成富Fe相[15,16]。添加微量稀土元素Er之后，釬縫邊界和內(nèi)部存在大量的母材元素Ni，同時(shí)Cu元素的含量也高于未加稀土?xí)r的含量，這是由于微量稀土降低合金的表面能，利于釬料的流動與潤濕，為母材元素和釬料合金元素的互擴(kuò)散提供了途徑。且稀土Er易于和具有較強(qiáng)擴(kuò)散能力的Cu元素以及活性元素Ni相結(jié)合，形成固溶體或生成稀土化合物。一定含量的稀土Er有利于提高母材和釬料合金元素的互擴(kuò)散能力。在C和D區(qū)域內(nèi)，Er的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在23%左右，明顯高于其在基體中的固溶度，因而該區(qū)域內(nèi)存在大量稀土化合物的聚集。

2.3接頭的抗剪強(qiáng)度

為了分析添加微量稀土對接頭抗剪強(qiáng)度的影響，對搭接接頭進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，將剪切后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，結(jié)果如圖5所示。

圖5　釬焊接頭的抗剪強(qiáng)度Fig.5　Shear strength of brazed joints

由圖5可知，w(Er)=0.05%時(shí)，釬縫接頭的抗剪強(qiáng)度最高；w(Er)=0.1%時(shí)，接頭強(qiáng)度與未加稀土?xí)r相當(dāng)；之后，隨著稀土質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加到0.2%，接頭強(qiáng)度又有所提高；w(Er)=0.3%和w(Er)=0.4%時(shí)，接頭強(qiáng)度開始下降，略高于w(Er)=0.1%時(shí)接頭的強(qiáng)度值；w(Er)=0.5%時(shí)，接頭強(qiáng)度又有明顯提高，接近w(Er)=0.05%時(shí)的強(qiáng)度值。分析認(rèn)為，w(Er)=0%時(shí)，釬縫內(nèi)部存在大量的片狀Si相。這是由于在慢速冷卻過程中，釬料合金和母材基體內(nèi)的Fe易與Al，Si形成β-(Al,Si, Fe)金屬間化合物，共晶Si作為領(lǐng)先相在該金屬間化合物上形核，造成Si相以片狀形式自由生長[17]。w(Er)=0.05%時(shí)，釬縫中沒有發(fā)現(xiàn)大塊狀初晶硅和粗大針狀共晶硅的存在。這是由于該含量的稀土Er主要吸附在Si相的生長前沿，較大的原子體積使初生硅的晶格產(chǎn)生扭曲，在初生硅生長過程中Er被排擠出固相而在初生硅尖端前沿液相富集，這些富集在表面層的Er元素的原子體積較大，表面張力低，使得系統(tǒng)的表面張力降低，繼而降低了固液界面能，導(dǎo)致直徑尖端生長過冷度降低，有利于形核，同時(shí)稀土Er的富集限制了初晶硅的擇優(yōu)生長，最終導(dǎo)致初生硅相的細(xì)化。稀土Er既可吸附在共晶生長面{111}Si上，也可吸附在{110}Si與{100}Al界面上，封鎖孿晶生長臺階，促進(jìn)共晶Si不斷分枝的同時(shí)降低兩個(gè)晶面間的不配合度，使共晶Si以{110}為生長方向，以{111}為生長面，以{110}Si∥{100}Al為共格界面的分支條狀結(jié)構(gòu)，從而改變共晶硅的形貌[18]。通過擴(kuò)散作用，釬料中的Si，Cu，Er等元素與母材中的元素形成α(Al)，由于Er在α(Al)中的固溶度很低，一般認(rèn)為其富集在α(Al)的枝晶生長前沿，使結(jié)晶形核溫度降低，結(jié)晶時(shí)間延長，對二次枝晶有一定的細(xì)化作用[19]。細(xì)化的α(Al)的枝晶在釬縫中均勻分布，促進(jìn)了SiC顆粒分布的均勻化，因此，釬縫組織致密，釬縫邊界處沒有SiC顆粒的偏聚。固溶體的形成以及SiC顆粒的均勻分布都使得接頭形成牢固的結(jié)合。另外，由于稀土Er的含量沒有超過其在釬料合金中的固溶度，在釬縫內(nèi)部沒有脆性較大的針狀稀土化合物生成，因而降低了脆性相對接頭強(qiáng)度的不利影響。

隨著稀土含量的增加，w(Er)=0.1%～0.4%時(shí)，SiC顆粒在釬縫邊界的偏聚現(xiàn)象和未加稀土?xí)r相似，極大地降低了接頭的強(qiáng)度。這是由于稀土的變質(zhì)效果受熔體內(nèi)Si的含量、冷卻速率、溶質(zhì)分配系數(shù)等因素的影響。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，在該含量范圍內(nèi)的Er元素添加量均超出了其在α(Al)和Si中的固溶度，部分稀土Er和其他元素形成稀土化合物，造成Er原子在熔體中不同程度的微觀偏聚，導(dǎo)致Er對Si相及α(Al)的變質(zhì)不均勻[20,21]。過量的稀土?xí)⑩F縫內(nèi)部不連續(xù)空洞轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)狀，因而造成釬縫組織疏松，出現(xiàn)微裂紋等缺陷[17]。但是，與未添加Er的釬縫相比，抗剪強(qiáng)度又有略微提高。這是由于部分Si相及α(Al)得到了細(xì)化，且變質(zhì)后釬縫內(nèi)部的Fe元素的體積分?jǐn)?shù)降低，不易生成β-(Al,Si,Fe)，降低了釬縫中片狀Si相的含量。w(Er)=0.2%時(shí)，釬縫周圍未出現(xiàn)SiC顆粒的偏聚，且不存在空洞、微裂紋等缺陷，接頭強(qiáng)度有略微提高。

當(dāng)w(Er)=0.5%時(shí)，由于稀土含量遠(yuǎn)超出其在α(Al)和Si中固溶度，致使元素互擴(kuò)散嚴(yán)重，部分母材發(fā)生熔化，大量的SiC顆粒被推至釬縫中心，起到強(qiáng)化作用，提高了焊接接頭強(qiáng)度。此時(shí)，由于金屬間化合物數(shù)量增多，且主要分布在釬焊接頭邊界處，起到一定的釘扎作用，也可提高接頭的強(qiáng)度。

由于w(Er)=0.5%時(shí)，釬縫區(qū)域分布了較多的針狀或片狀稀土化合物，并呈現(xiàn)出一定的團(tuán)聚趨勢。若繼續(xù)增加稀土含量(如1%～2%)，釬縫區(qū)域內(nèi)的針狀或片狀稀土化合物的含量會急劇增多，進(jìn)而導(dǎo)致團(tuán)聚現(xiàn)象加劇。這是因?yàn)殡S著Er含量的增加，Er會優(yōu)先與Al，Si，F(xiàn)e，Mn等元素形成復(fù)雜的稀土相，造成Er在釬縫中主要以化合物的形態(tài)存在，減少原子態(tài)稀土的含量，使得靠近稀土相附近的共晶硅相對比較粗大，變質(zhì)效果變差，即發(fā)生過變質(zhì)現(xiàn)象。稀土相在初生硅形成后產(chǎn)生，呈針狀或片狀分布在Si相和α(Al)之間，這種針狀和片狀的金屬間化合物的力學(xué)性能較差，且容易割裂基體的連續(xù)性，在受力時(shí)不能與基體金屬產(chǎn)生協(xié)調(diào)同步變形，在尖角處率先形成裂紋，造成釬焊接頭脆性增加，力學(xué)性能下降。另外，隨著元素?cái)U(kuò)散的加劇，在釬縫處Fe-Al金屬間化合物含量增多，母材熔蝕嚴(yán)重，會在接頭邊界處形成空洞等缺陷，且釬料流動性下降，因而對接頭強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響；因此，繼續(xù)增加稀土含量會嚴(yán)重影響釬焊接頭的質(zhì)量，降低接頭的抗剪強(qiáng)度。

綜上可知，發(fā)揮變質(zhì)作用的Er元素含量受釬縫中Si含量和釬焊工藝的影響，應(yīng)當(dāng)根據(jù)釬料合金的化學(xué)成分(主要是Si的含量)、稀土元素的特性以及釬焊工藝(加熱速率和冷卻速率)，并結(jié)合初晶硅、共晶硅、α(Al)的形核長大特點(diǎn)合理控制稀土的添加量。

3　結(jié)論

(1)釬料合金中添加微量稀土Er，顯著改善了低體積分?jǐn)?shù)復(fù)合材料的釬焊接頭質(zhì)量，接頭處SiC顆粒偏聚的趨勢得到抑制，空洞、夾雜和微裂紋等缺陷明顯減少。當(dāng)w(Er)= 0.05%時(shí)，釬料合金與母材基體各元素的相互擴(kuò)散比較充分，在接頭處形成固溶體，構(gòu)成致密的微觀組織。當(dāng)w(Er)=0.1%～0.4%時(shí)，釬縫邊界處有少量的SiC顆粒聚集，但是比不加Er時(shí)有明顯減少。當(dāng)w(Er)=0.5%時(shí)，有大量的SiC顆粒進(jìn)入釬縫內(nèi)部，且分布均勻。

(2)添加稀土后接頭強(qiáng)度整體有較為明顯的提高。不添加稀土?xí)r，接頭抗剪強(qiáng)度為43.5MPa。當(dāng)w(Er)=0.05%時(shí)，接頭的抗剪強(qiáng)度最高，達(dá)到68.6MPa，當(dāng)w(Er)=0.1%～0.4%時(shí)，接頭抗剪強(qiáng)度值在45.3～50.5MPa之間，強(qiáng)度下降顯著，但高于不加稀土?xí)r釬焊接頭的強(qiáng)度值。當(dāng)w(Er)=0.5%時(shí)，接頭抗剪強(qiáng)度有明顯提高，達(dá)到62.2MPa。

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Effect of Al-20Cu-9.6Si-xEr Filler Metal on Microstructure and Properties of Brazed Joints for SiCp/A356 Composites by Vacuum Brazing

XU Dong-xia1，TIAN Jin-feng1，WANG Dong-bin1，NIU Ji-tai2,3，XUE Xing-yan4，SUN Hua-wei4

(1 School of Materials Science and Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000，Henan,China;2 State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3 Henan Jingtai Aerospace High-novel Materials Technology Co., Ltd., Jiaozuo 454000,Henan,China;4 State Key Laboratory of Advanced Brazing Filler Metals and Technology,Zhengzhou Research Institute of Mechanical Engineering,Zhengzhou 450001,China)

SiCp/A356 composites were brazed with seven kinds of Al-20Cu-9.6Si-xEr filler metals in vacuum.Microstructure of the brazed joints was observed and analyzed by SEM and EDS. Shear strength was evaluated by shear test, and microstructure of the fracture was observed.The results show that the shear strength of the brazed joints is significantly improved when Er is added.When the content of Er is 0%(mass fraction) the aggregation of SiC is very serious, and the shear strength is 43.5MPa. There is no aggregation of SiC in brazing seam boundary, and shear strength reaches the maximum 68.6MPa when the content of Er is 0.05%. The aggregation of SiC is weakened and the shear strength is between 45.3-50.5MPa when the content of Er is between 0.1%-0.4%. The SiC particles are distributed inside the brazing seam, and the joint strength significantly increases to 62.2MPa when the addition amount of Er is 0.5%.

rare earth Er；Al-Cu-Si-Er filler metal；shear strength；brazed joint

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11162012)；內(nèi)蒙古自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2014MS0507)

2014-08-11；

2015-04-16

邢永明(1959-)，男，教授，博士，博士生導(dǎo)師，從事道路工程材料研究，聯(lián)系地址：內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市新城區(qū)愛民街49號內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院(010051),E-mail:wanglan661018@163.com

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.01.009

TB331;TG454

A

1001-4381(2016)01-0060-06