銅與石墨超聲波輔助活性釬焊連接方法研究.pdf

1、目前金屬與石墨的連接廣泛應(yīng)用于電器行業(yè)中，電器設(shè)備的核心部件換向器中更需要實現(xiàn)銅與石墨的連接。石墨與銅的連接通常是在真空或者惰性氣體的保護(hù)環(huán)境下進(jìn)行，但受爐體尺寸大小的限制，很難在工業(yè)上實現(xiàn)批量生產(chǎn)。隨著超聲波輔助釬焊技術(shù)的出現(xiàn)，使銅與石墨在大氣環(huán)境下的連接成為可能。本文采用超聲波輔助活性釬焊技術(shù)，選用并研制了兩種活性釬料：高溫的Ag-Cu-Zn-Ti釬料和低溫的 Sn-Ag-Cu-Ti釬料。分析了超聲波在釬焊過程中的作用，研究了釬焊工

2、藝及釬焊工藝參數(shù)對接頭力學(xué)性能的影響，并對連接機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴采用Ag-Cu-Zn-Ti釬料，超聲波輔助活性釬焊技術(shù)可以實現(xiàn)大氣條件下銅與石墨的連接。釬焊溫度是接頭質(zhì)量的重要影響因素，在較高的溫度下施焊時，金屬母材和活性釬料均氧化嚴(yán)重，增加了除去氧化膜的難度，使釬焊困難。對施加2s超聲波作用得到的釬焊接頭進(jìn)行微觀組織分析，發(fā)現(xiàn)釬縫內(nèi)部靠石墨側(cè)存在大量破碎的氧化膜，隨著超聲波作用時間的延長，釬縫內(nèi)部的氧化

3、膜逐漸減少，當(dāng)超聲波作用10 s時，釬縫中的氧化膜完全消失，形成了較好的接頭。釬焊接頭的組織組成從銅側(cè)依次為銅/銅鋅合金/銀基固溶體+銅基固溶體/TiC反應(yīng)層/石墨，釬料與石墨側(cè)的連接主要是反應(yīng)潤濕連接。增加超聲作用時間與提高釬焊溫度會促使界面反應(yīng)層 TiC的生長，但其不能持續(xù)增加。研究還發(fā)現(xiàn)，超聲波的施加時間影響著釬焊接頭的剪切性能，施加超聲波不超過10 s時，超聲波有提高接頭強(qiáng)度的作用，如果超聲波作用再持續(xù)施加，反而會使接頭剪切強(qiáng)度

4、下降。最佳的工藝條件為釬焊溫度820℃、超聲波作用時間10 s、保溫10 min，在此釬焊條件下，釬焊接頭強(qiáng)度達(dá)到最大值18MPa。⑵采用Sn-Ag-Cu-Ti活性釬料，在大氣條件下也能借助超聲波輔助實現(xiàn)銅與石墨的連接。在超聲波作用2s至20s的過程中，在釬縫內(nèi)部均沒有發(fā)現(xiàn)有氧化膜的存在。對釬焊接頭進(jìn)行分析時并未發(fā)現(xiàn)釬料與石墨發(fā)生冶金結(jié)合。超聲波作用20 s時，在石墨側(cè)沒有 TiC反應(yīng)層的形成，釬料與石墨的連接主要是在超聲波的驅(qū)動作用下