《低熔元素SnZn與Al快速超音波/液相擴散複合連線機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由冷雪松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：低熔元素SnZn與Al快速超音波/液相擴散複合連線機理研究
- 依託單位：哈爾濱工業大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：冷雪松
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
由於超音波設備功率隨工件厚度成指數級劇增，超音波金屬焊接Al件往往局限於細薄件的連線。本項目提出利用低熔元素SnZn進行超音波/液相擴散複合連線可以在很大程度上解決這一問題。該方法利用真空蒸鍍的方法在Al大厚件接頭處預置Sn-xZn合金鍍層，在不提高超音波功率的情況下，低熔元素SnZn組成的鍍層在較低輔助溫度下變成液態。利用Zn在Al中溶解度以及超音波空化破膜和促進元素擴散的物理特性，此液態鍍層可快速完全擴散至母材而完成Al大厚件的連線，形成具有優異力學性能和耐腐蝕性能的焊接接頭。這種方法區別於傳統的超音波金屬焊接和低溫釺焊，本項目擬通過在有無超音波作用下，Sn、Zn以及Sn-xZn在Al中的擴散行為的研究，發掘Zn和超音波促進Sn-xZn釺料在母材Al中的擴散機理，為超音波/液相擴散焊接Al厚件奠定理論依據，並指導和完善其焊接工藝實現，為超音波焊接Al的大厚件提供更為有效的技術途徑。
結題摘要
熱敏感鋁合金在較低溫度下進行連線時，高壓力、長時間擴散是阻礙焊接技術套用的核心關鍵問題。為此，本研究提出利用超聲振動能促進液態低熔點釺料合金擴散溶解，進而實現快速釺焊的工藝思想，成功實現了鋁合金高效、高質量可靠連線新工藝。本項目研究了Sn基釺料與Al的界面化合物形成機理及強化機制，發明了適合熱敏感鋁合金低溫連線的新工藝。研究發現，Sn基釺料與Al是通過界面自發形成的Al2O3非晶形成結合的，釺料中溶解的Al和大氣或者釺料中的O在界面反應生成非晶Al2O3。為減小界面自由能，Al在Sn中以{111}小晶面的形式析出，其平衡形態為正八面體，超聲和保溫時間促進平了衡形態初晶Al在界面析出，增大了界面面積，並增加了一定機械咬合作用，提高了接頭強度。純Sn釺料中加入Zn元素能夠顯著提高界面強度，界面仍然是通過Al2O3非晶形成結合的。加入少量(4wt%)的Zn即可獲得足夠強的Al/Sn連線界面，斷裂發生在釺縫中，接頭強度接近母材。採用Sn-9Zn共晶釺料超聲釺焊熱敏感2024鋁合金，接頭強度可以達到160MPa。在機理研究的基礎上，提出了基於Al2O3生長的Al合金不去膜釺焊工藝，釺焊前鋁合金表面無需鹼洗和酸洗去除表面氧化膜，並且不需要釺劑，只採用超音波就可以去除表面氧化膜，形成可靠地連線。研究了真空蒸鍍-超聲釺焊的工藝，在鋁合金表面蒸鍍一層很薄的純Sn，再進行超音波釺焊，形成以Al為主的釺縫，提高了接頭強度和使用溫度。
