摘要
近年来，为实现零部件的轻量化以及节约铜资源，“以铝代铜”应用在很多关键零部件中。然而，由于钎焊铜/铝接头时易生成金属间化合物导致接头强度降低，成为铜/铝异种金属连接应用中的突出问题。由于铜与铝的化学亲和力高，在钎焊过程中易形成 IMCs，大大限制了其在航空航天、电子电器、能源交通等方面的应用。因此，如何抑制金属间化合物在钎缝中的形成，获得高强度的铜/铝接头，受到相关领域研究人员的广泛关注。 本文以Al-Si基药芯钎料钎焊铜/铝接头为研究对象，分别采用炉中钎焊和感应钎焊方法进行工艺试验，较深入地分析了两种钎焊方式对Cu/Al钎焊接头的微观组织及力学性能的影响，并探究了钎焊接头的断裂机理。 本文首先对BAl88Si药芯钎料进行差示扫描量热分析，确定钎料固液相线温度为 585~620℃，固液区间为 35℃，具有较宽的熔化温度范围。然后分别在595℃、600℃、605℃、610℃、615℃、620℃时测定钎料在T2铜和3003铝母材上的润湿性。实验结果表明：钎料在铝母材上的润湿性优于在铜母材上的润湿性，且随着加热温度的升高，钎料在铝板上的铺展面积先增大后减小；加热温度为600℃时，铺展面积最大为 699.05 mm2；在铜板上的铺展面积变化不大，铺展面积约为 75.21 mm2；对钎料与铜母材的界面结构进行微观分析发现：在界面处形成Cu9Al4、Cu3Al4、Cu4Al3和CuAl四种IMCs。 针对铜/铝异种金属连接，采用两种不同钎焊方法进行工艺优化，并对接头进行微观组织及性能分析，结果表明：通过选择合理的钎焊工艺参数，可以获得无宏观焊接缺陷的接头。在两种钎焊方法获得的接头中均存在Cu9Al4和CuAl2、α-A1、α-A1/CuAl2共晶相。另外炉中钎焊接头中还存在 CuAl，随着钎焊温度与保温时间不断增加，IMCs 厚度不断增加，各 IMCs 层的厚度与保温时间并无明显的抛物线关系；感应钎焊接头 Cu9Al4层的厚度为 4.24μm，晶带轴为[0-11]。CuAl2层的平均厚度约为9.39μm，晶带轴为[103]。 炉中钎焊铜/铝接头的最佳钎焊温度为 590℃，保温时间为 1min，接头的抗拉强度约为 51.8MPa，钎缝的显微硬度约为 3.12GPa，明显高于两母材。感应钎焊接头的最大抗拉强度为 56MPa；钎缝的显微硬度明显高于两母材，约为4.28GPa。 炉中钎焊接头均属于混合断裂，在 590℃、600℃下接头断裂均发生在钎缝，断裂发生在α-Al与CuAl2界面结合处，在610℃下接头断裂在铝基体上。钎焊温度和保温时间影响金属间化合物层厚度及缺陷分布。其中，裂纹和金属间化合物厚度对接头强度影响较大；感应钎焊接头的拉伸断裂发生在钎焊缝中，断裂以解理断裂和沿晶断裂为主，断裂发生在钎焊缝中的CuAl2和α-Al中。
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