摘 要

本课题采用了Zn-3Al钎料作为填充层，通过超声辅助钎焊工艺来制备Zr基非晶接头，通过控制工艺参数改善钎焊接头的显微组织和物理性能，并观察钎焊接头的显微组织，分析了不同钎焊温度时接头显微组织的演变机理。

首先，本文实现了Zr基非晶与Zn-3Al焊料间的有效连接， XRD表征和EDS测试结果表明，母材未发现晶化反应。随后，通过显微组织的研究，分析了超声波去除材料表面氧化膜的过程。对比分析了焊接温度，超声波振动时间对钎焊接头冶金行为的影响。研究结果表明，焊接温度的升高能增强液相钎料的流动性和原子结合速率，有助于超声波空化作用，改善非晶合金与钎料的润湿性能，使得钎焊接头界面处的冶金结合变得更为明显。超声波振动时间的延长，可以接头界面出现显著的变化。在超声波振动时间的不同范围里，接头界面组织发生了很大的变化。从平整到出现Zn₅₀Al₂₅Zr₂₅三元相。到富集的相导致接头界面形貌发生改变。研究反映了界面反应层的形成及形貌的改变主要与超声波在液相中的空化效应有关，所得结果对于超声波辅助钎焊Zr基非晶合金的研究具有重要的指导意义。

关键词：超声波辅助钎焊；Zr基非晶合金；Zn-3Al；钎焊

Abstract

In this study, Zn-3Al brazing filler metal was used as the filling layer, and the Zr-based amorphous joint was prepared by ultrasonic assisted solderless brazing. The microstructure and physical properties of the brazed joint were improved by controlling the process parameters. The microstructures of the joints were analyzed, and the evolution mechanism of the microstructures of the joints was analyzed. The study of the ultrasonic assisted brazing was carried out.

First, the effective connection between Zr-based amorphous and Zn-3Al is realized. After XRD and EDS results, the results show that the crystallization reaction is not found, indicating that the soldering of Zr-based amorphous joint and aluminum alloy can be realized by ultrasonic assisted brazing. The process of ultrasonic film removal on the surface of the material was analyzed by microstructure. The influence of welding temperature and ultrasonic vibration time on the metallurgical behavior of brazed joint was analyzed. Results show that, the increase of the welding temperature can enhance the fluidity and the atomic bonding rate of the liquid phase solder, contribute to the ultrasonic cavitation, improve the wetting performance of the amorphous alloy and the brazing filler metal, and make the metallurgical bonding at the interface of the brazed joint become more For obvious.

Ultrasonic vibration time extension, the interface can be a significant change. In the different range of ultrasonic vibration time, the interface of the joint interface has changed. From flat to appear Zn₅₀Al₂₅Zr₂₅ ternary phase. The enriched phase leads to a change in the interface shape of the joint. The study reflects the mechanism of the interaction of ultrasonic on the interface of the welded joint. The results are of great significance for the study of ultrasonic assisted brazing Zr-based amorphous alloy.

Key Words：ultrasonic assisted brazing; Zr-based amorphous alloy; Zn-3Al; brazing

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.2 非晶合金的焊接性 1

1.3 非晶合金的焊接研究 2

1.3.1 固相焊 2

1.3.2 熔化焊 3

1.3.3 钎焊 3

1.4超声波技术的研究 4

1.5本文主要研究内容 5

第2章 实验材料及方法 6

2.1 实验材料 6

2.2实验方法及设备 6

2.2.1 焊前准备 6

2.2.2 焊接装置 7

2.2.3 焊接方法 9

2.3.3 焊后处理 10

2.3 接头显微组织观察 11

2.4 EDS能谱分析 15

2.5 XRD表征 16

第3章 显微组织分析 18

3.1 400℃显微组织分析 18

3.2 415℃显微组织分析 19

3.3 430℃显微组织分析 20

3.4 组织演变机理 21

3.5 本章小结 23

第4章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第1章 绪论

1.1研究背景

Zr基非晶合金是最早被发现的和受到普遍研究的一种非晶合金。Zr基非晶合金具有强度高、硬度高、无磁性等优异性能，在航空原料、交通运输、国防材料、电工电子等领域具有普遍运用的潜力。

Zr基非晶材料虽然具有很多优异的性能，但应用过程中也不可避免地会遇到一些问题，如尺寸小、可焊性差、易脆断、坯料制备困难等问题。为了解决这些应用问题，需要妥善研究Zr基非晶材料的焊接工艺问题。Zr基非晶合金在高温下会发生晶化反应失去非晶特性，因此一般的熔焊和钎焊工艺不适于Zr基非晶的焊接。只有低温钎焊方法能实现Zr基非晶合金的非晶态、高精度及低残余应力连接。

目前非晶合金连接工艺主要有固相焊、熔化焊和钎焊，三类工艺在文中均有详细介绍。传统的非晶合金钎焊方法主要为真空钎焊和钎剂钎焊，而真空钎焊工艺非常复杂，设备费用高，加热缓慢且操作要求高。钎剂钎焊容易产生反应气孔，并且钎焊接头易残留钎剂，会产生接头的电化学腐蚀，降低接头的耐腐蚀性能。因此对非晶材料钎焊工艺的优化是非常有必要的。

超声波辅助钎焊是近几年来在冶金领域受到广泛研究的一种钎焊方式，超声波在液态钎料中产生的一些效应对细化晶粒，促进接头界面湿润，提高组织均匀性很有帮助。但是有关Zr基非晶合金超声波辅助钎焊的方法的文献资料较少，接头的润湿机理和界面冶金反应行为有关研究也不多。因此,开展这项研究工作,对于超声波辅助钎焊的应用具有重要的意义。