研究了7A52铝合金-Al的界面形貌、微观组织成分和连接强度2O3热处理条件下的陶瓷钎焊接头。氧化铝陶瓷首先经过化学镀镍处理,然后在不同温度下进行真空热处理。然后,在焊接温度590℃、保持时间1小时、压力2 MPa的条件下,将Al-Si-Mg中间层置于经处理的氧化铝陶瓷和7A52铝合金之间进行钎焊。结果表明,当在350℃及以下进行热处理时,镀镍金属具有非晶结构,而当在400℃进行热处理时,镀镍层具有晶体结构和脆性相Ni3p被沉淀下来。当热处理温度为350°C时,接头剪切强度达到最大值68.7 MPa。
介绍
铝合金因其优异的力学性能和高比强度而被广泛应用于飞机、火箭、船舶和轻型车辆的结构件。其中,7A52铝合金具有高比强度、高比刚度和强耐热性等优点,在汽车行业广泛用于减重【冯等,2016】。然而,随着社会的发展,道路上的车辆数量迅速增长,使道路安全形势日益复杂。因此,随着道路车辆特别是特种车辆变得更加轻量化,有必要尽可能提高车辆的防护性能。
陶瓷具有高硬度、高抗压强度和良好的弹性,但其脆性限制了应用。将其与具有高比强度和低密度的铝合金相结合,可以制造出高性能的轻质复合材料,从而大大减轻汽车车身的重量。然而,在陶瓷-金属复合材料的制造过程中,具有不同物理和化学性质的金属铝合金和氧化铝陶瓷之间存在可靠连接的问题【Gama et al .,2001;Tasdemirci等人,2012年;Serjouei等人,2017年】。目前,金属密封陶瓷的方法较多,各有优缺点和局限性。目前,常用的弹道陶瓷主要包括铝2O3,原文如此,原文如此3N4,B4c等。现有研究结果表明,铝与陶瓷的连接对车身性能有很大影响。
目前,氧化铝陶瓷与铝的连接方法已有多种,如扩散连接、摩擦连接、活性铸造、活性表面压接、静电压力连接、超声波焊接、间接钎焊等。例如,Nicholas和Crispin在氩气或真空中实现了铝和氧化铝陶瓷的连接,压力为50 MPa,连接时间为30分钟【Nicholas和Crispin,1982】。Fauzi等人使用摩擦连接方法在转速为1,250–2,500 rpm、压力为7 Mpa、压力时间为20秒的条件下实现氧化铝陶瓷和铝之间的连接【Ahmad Fauzi等人,2010】。彭荣等人采用活性铸造法生产铝铝合金2O3陶瓷接头在660-750°C时取样并测量连接界面的抗拉强度【Peng等人,2002】。TWI企业通过超声波焊接生产氧化铝陶瓷和铝的复合产品。
由于铝表面的氧化膜阻碍了铝和陶瓷的润湿,界面残余应力很高。上述方法的接头强度一般不高,容易造成开裂。为了改善润湿性,消除残余应力,增加强度和抑制开裂,除了铝合金焊接前的预处理外,还可以采用间接钎焊,如在陶瓷表面镀镍,然后用铝基钎料钎焊。化学镀制备的镍基非晶材料在催化领域往往表现出很高的催化活性。同时,它还常用于防腐材料的制备。在不通电的情况下将防腐膜镀在金属表面,以达到与电镀相同的效果【Song et al .,2020】。由于非晶态镀层为高能态,具有内应力,对接头性能仍有一定影响。电镀部件热处理后,由于晶格的微观缺陷消除,镀层中的内应力释放。
本文对氧化铝陶瓷表面进行化学镀镍,并对镀镍陶瓷进行热处理。铝硅镁中间层置于氧化铝陶瓷和7A52铝合金之间进行钎焊。7A52铝合金-Al界面形貌、组织成分及连接强度2O3研究了热处理条件下的陶瓷钎焊接头。
材料和方法
用于研究的铝合金是7A52铝合金,这种铝合金已在工程中广泛用作复合装甲材料。合金的主要化学成分如表1所示。焊接前,必须清除铝合金表面的杂质和氧化膜。首先,用丙酮溶剂去除表面油污,然后用10% NaOH溶液在50°C下碱洗5分钟,然后用流水冲洗。碱洗后,用30% HNO酸洗3溶液在60°C下放置2分钟,然后用流水冲洗,最后在低温下干燥。