泡沫铝合金钎焊工艺性能研究(附件)【字数：10365】
泡沫铝作为一种新型的铝合金材料，因为其特殊的网孔状结构特点，使得它具有耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、易加工成型等优点。随着工业的发展与进步，泡沫铝材料在各个领域的应用也越来越广泛。虽然这种材料的性能优越，但是也因为它材料本身的特殊性质给钎焊带来了很多困难。铝作为一种活泼金属，非常容易与空气中的氧气结合形成致密的氧化膜。而这种氧化膜的性质非常稳定，因此才钎焊过程中为钎料的润湿和铺展带来了很多阻碍，最终影响钎焊接头性能。本次试验重点采用Zn-Al钎料来对泡沫铝材料进行钎焊工艺研究。通过试验和研究发现，现有的试验方法和设备，采用Zn-Al钎料炉中钎焊的方式来完成泡沫铝与泡沫铝间的钎焊工艺是非常困难的。但是，这种钎料却在对泡沫铝与铝板间钎焊时表现出很好的润湿和铺展效果。改变不同的温度参数来研究泡沫铝与铝板钎焊接头的微观组织性能和力学性能。通过试验证明发现，在500℃、520℃和540℃的加热温度条件下，随着温度的升高，钎料在泡沫铝与铝板钎焊接头中的扩散情况越好，接头的剪切性能强度也有所提升。关键词泡沫铝、Zn-Al钎料、炉中钎焊、剪切性能
目录
第一章 绪论 1
1.1 泡沫铝的制备工艺 2
1.1.1 液态金属凝固法 2
1.1.2 固态金属烧结法 2
1.1.3 金属沉积法 3
1.2 泡沫铝的研究现状 3
1.2.1 密度小 3
1.2.2 通透度好 4
1.2.3 耐热性强 4
1.2.4 具有吸收冲击力的能力 4
1.2.5 良好的吸音效果 4
1.2.6 比表面积大 4
1.3 铝合金的研究现状 4
1.4 铝合金焊接技术发展现状 5
1.5 泡沫铝焊接技术的发展现状 6
1.6 课题研究的意义和主要内容 7
第二章 试验材料、设备及方法 8
2.1 泡沫铝材料 8
2.2 试验钎料及钎剂的选择 8
2.2.1 钎料 8
2.2.2 钎剂 9
2.3 试验仪器 10
2.3.1 箱式电阻炉 10
2.3.2 剪切试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
验机 11
2.4 试验母材及方法 11
2.4.1 泡沫铝与泡沫铝的平放钎焊 12
2.4.2 泡沫铝与泡沫铝的立放钎焊 12
2.4.3 泡沫铝与铝板间的钎焊 13
第三章 试验结果及分析 14
3.1 钎焊过程原理 14
3.2 工艺制定原理 14
3.3 泡沫铝与泡沫铝的平放钎焊结果及分析 14
3.4 泡沫铝与泡沫铝的立放钎焊结果及分析 16
3.5 泡沫铝与铝板的立放钎焊结果及分析 17
3.5.1 ZnAl钎料与母材的相互作用 19
3.5.2 钎焊接头的显微组织 21
3.5.3 泡沫铝与铝板钎焊接头剪切强度测试 23
3.6 泡沫铝钎焊时间随温度变化关系 24
3.7 本章小结 25
结论 26
参考文献 27
致谢 29
第一章 绪论
泡沫铝作为一种泡沫铝合金材料，它是由俄罗斯的轻质合金研究所首先发现和提出的。泡沫铝特指采用发泡法或电化学沉积法制备的具有很高孔隙率的铝或铝合金制品。因为是在纯铝或者铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，所以它同时具有金属和气泡特征。它的密度小，具有高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽线高、有过滤能力、易加工成型等优点，成为当下材料发展过程中的后起之秀。图11为泡沫铝的示意图。
图11 泡沫铝示意图
因为泡沫铝具有以上种种特性，所以它在工程材料方面具有很好的发展前景，特别是在交通运输，工程结构甚至是航天方面都有很好的应用。虽然泡沫铝具有很多良好的性能特点，但是因为它多孔的特点，导致钎焊过程中钎料的渗透较为严重，从而最终影响焊接效果。
1.1 泡沫铝的制备工艺
1.1.1 液态金属凝固法
这种方法是将铝加热液化，然后通过铝液直接发泡而形成的泡沫铝。具体可以分为熔体直接发泡法、渗流铸造法、熔模铸造法、固体气体共晶凝固法和添加球料法。熔体直接发泡法是通过在铝液中吹入气体而产生气泡孔洞。这种方法操作简单、成本低、适合大型的板材，可分为熔体吹气发泡法和熔体发泡剂法。渗流铸造法是将可移去颗粒（如NaCl）堆积在铸模中，压制成胚，经预热后浇注金属，然后将颗粒去除，制备出孔洞相互连接的通孔泡沫结构[1]。熔模铸造法是将成型的高分子泡沫材料浸入到液态耐火材料中，使耐火材料充满其孔隙，在耐火材料硬化后加热使泡沫材料气化分解，形成一个具有原泡沫材料形状的三维骨架，将金属铝液浇注到铸型内，凝固后把耐火材料去除就可以得到具有三维网状通孔的泡沫铝材料[2]。固体气体共晶凝固法是通过控制冷却条件（压力、散热方向等）可以获得各种孔径形状的各向同性和各项异性的高孔隙度泡沫铝；添加球料法是在铝合金溶液中加入颗粒或者中空球，加以强化搅拌获得铝合金与颗粒的复合体，溶解去除颗粒最终得到连通孔泡沫铝。
1.1.2 固态金属烧结法
因为大部分固相法通过烧结使铝颗粒之间相互联结，所以这种方法产生的泡沫铝多数为通孔结构，铝合金一直保持固态。这种方法具体可以分为粉末冶金法、粉浆成型法、烧结溶解法、浸浆海绵烧结法和纤维烧结法。粉末冶金是通过在铝粉中加入发泡剂，将两者混合均匀后进行压缩,得到的预制品没有多余通孔的气密结构。对材料进行压制处理是可以具体分为轴向冷压缩、热压缩、热挤出、粉末轧制等。然后将得到的预制品进一步加工成想要的形状, 最后，将样品加热到大于等于铝粉熔化温度，在这一过程中，加热后的发泡剂会分解成气体。首先形成气孔，然后长大使预制体膨胀，形成具有多孔结构的泡沫铝[1]；粉浆成型法是将金属铝粉、发泡剂 ( 氢氟酸、氢氧化铝或正磷酸 ) 、反应添加剂和有机载体组成悬浮液，将其搅拌成含有泡沫的状态，然后置入模具中加热焙烧，接着浆开始变粘，并随着产生的气体开始膨胀，最终得到一定强度的泡沫铝[1]；烧结溶解法是通过铝粉和NaCl盐粉以及少量的添加剂，烧结溶解最终获得泡沫铝材料的过程；浸浆海绵烧结法是将海绵状的有机物质制成所需形状的有机前驱体 , 然后用含有待加工金属铝粉的浆液渗透。将浸后的有机前驱体干燥以除去溶剂 , 烧结并冷却后即可得到高孔隙率的三维结构的泡沫铝[1]；纤维烧结法是先通过机械手段将铝块变成金属铝丝，然后通过粉浆浇注、机械制毡圈的方法把铝丝制成毡圈，再对样品进行烧结处理，使它达到需要的强度要求和孔隙要求。这种方法的好处是相比于粉末烧结而言可以获得更高的孔隙率；在可以达到孔隙要求的同时还可以确保材料的性能；当孔隙条件一样的情况下，这种方法做出的泡沫铝材料无论从强度方面还是从韧性角度都要比粉末冶金的方法要搞。唯一的缺陷是成本相对较高[3]。
目录
第一章 绪论 1
1.1 泡沫铝的制备工艺 2
1.1.1 液态金属凝固法 2
1.1.2 固态金属烧结法 2
1.1.3 金属沉积法 3
1.2 泡沫铝的研究现状 3
1.2.1 密度小 3
1.2.2 通透度好 4
1.2.3 耐热性强 4
1.2.4 具有吸收冲击力的能力 4
1.2.5 良好的吸音效果 4
1.2.6 比表面积大 4
1.3 铝合金的研究现状 4
1.4 铝合金焊接技术发展现状 5
1.5 泡沫铝焊接技术的发展现状 6
1.6 课题研究的意义和主要内容 7
第二章 试验材料、设备及方法 8
2.1 泡沫铝材料 8
2.2 试验钎料及钎剂的选择 8
2.2.1 钎料 8
2.2.2 钎剂 9
2.3 试验仪器 10
2.3.1 箱式电阻炉 10
2.3.2 剪切试 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
验机 11
2.4 试验母材及方法 11
2.4.1 泡沫铝与泡沫铝的平放钎焊 12
2.4.2 泡沫铝与泡沫铝的立放钎焊 12
2.4.3 泡沫铝与铝板间的钎焊 13
第三章 试验结果及分析 14
3.1 钎焊过程原理 14
3.2 工艺制定原理 14
3.3 泡沫铝与泡沫铝的平放钎焊结果及分析 14
3.4 泡沫铝与泡沫铝的立放钎焊结果及分析 16
3.5 泡沫铝与铝板的立放钎焊结果及分析 17
3.5.1 ZnAl钎料与母材的相互作用 19
3.5.2 钎焊接头的显微组织 21
3.5.3 泡沫铝与铝板钎焊接头剪切强度测试 23
3.6 泡沫铝钎焊时间随温度变化关系 24
3.7 本章小结 25
结论 26
参考文献 27
致谢 29
第一章 绪论
泡沫铝作为一种泡沫铝合金材料，它是由俄罗斯的轻质合金研究所首先发现和提出的。泡沫铝特指采用发泡法或电化学沉积法制备的具有很高孔隙率的铝或铝合金制品。因为是在纯铝或者铝合金中加入添加剂后，经过发泡工艺而成，所以它同时具有金属和气泡特征。它的密度小，具有高吸收冲击能力强、耐高温、防火性能强、抗腐蚀、隔音降噪、导热率低、电磁屏蔽线高、有过滤能力、易加工成型等优点，成为当下材料发展过程中的后起之秀。图11为泡沫铝的示意图。
图11 泡沫铝示意图
因为泡沫铝具有以上种种特性，所以它在工程材料方面具有很好的发展前景，特别是在交通运输，工程结构甚至是航天方面都有很好的应用。虽然泡沫铝具有很多良好的性能特点，但是因为它多孔的特点，导致钎焊过程中钎料的渗透较为严重，从而最终影响焊接效果。
1.1 泡沫铝的制备工艺
1.1.1 液态金属凝固法
这种方法是将铝加热液化，然后通过铝液直接发泡而形成的泡沫铝。具体可以分为熔体直接发泡法、渗流铸造法、熔模铸造法、固体气体共晶凝固法和添加球料法。熔体直接发泡法是通过在铝液中吹入气体而产生气泡孔洞。这种方法操作简单、成本低、适合大型的板材，可分为熔体吹气发泡法和熔体发泡剂法。渗流铸造法是将可移去颗粒（如NaCl）堆积在铸模中，压制成胚，经预热后浇注金属，然后将颗粒去除，制备出孔洞相互连接的通孔泡沫结构[1]。熔模铸造法是将成型的高分子泡沫材料浸入到液态耐火材料中，使耐火材料充满其孔隙，在耐火材料硬化后加热使泡沫材料气化分解，形成一个具有原泡沫材料形状的三维骨架，将金属铝液浇注到铸型内，凝固后把耐火材料去除就可以得到具有三维网状通孔的泡沫铝材料[2]。固体气体共晶凝固法是通过控制冷却条件（压力、散热方向等）可以获得各种孔径形状的各向同性和各项异性的高孔隙度泡沫铝；添加球料法是在铝合金溶液中加入颗粒或者中空球，加以强化搅拌获得铝合金与颗粒的复合体，溶解去除颗粒最终得到连通孔泡沫铝。
1.1.2 固态金属烧结法
因为大部分固相法通过烧结使铝颗粒之间相互联结，所以这种方法产生的泡沫铝多数为通孔结构，铝合金一直保持固态。这种方法具体可以分为粉末冶金法、粉浆成型法、烧结溶解法、浸浆海绵烧结法和纤维烧结法。粉末冶金是通过在铝粉中加入发泡剂，将两者混合均匀后进行压缩,得到的预制品没有多余通孔的气密结构。对材料进行压制处理是可以具体分为轴向冷压缩、热压缩、热挤出、粉末轧制等。然后将得到的预制品进一步加工成想要的形状, 最后，将样品加热到大于等于铝粉熔化温度，在这一过程中，加热后的发泡剂会分解成气体。首先形成气孔，然后长大使预制体膨胀，形成具有多孔结构的泡沫铝[1]；粉浆成型法是将金属铝粉、发泡剂 ( 氢氟酸、氢氧化铝或正磷酸 ) 、反应添加剂和有机载体组成悬浮液，将其搅拌成含有泡沫的状态，然后置入模具中加热焙烧，接着浆开始变粘，并随着产生的气体开始膨胀，最终得到一定强度的泡沫铝[1]；烧结溶解法是通过铝粉和NaCl盐粉以及少量的添加剂，烧结溶解最终获得泡沫铝材料的过程；浸浆海绵烧结法是将海绵状的有机物质制成所需形状的有机前驱体 , 然后用含有待加工金属铝粉的浆液渗透。将浸后的有机前驱体干燥以除去溶剂 , 烧结并冷却后即可得到高孔隙率的三维结构的泡沫铝[1]；纤维烧结法是先通过机械手段将铝块变成金属铝丝，然后通过粉浆浇注、机械制毡圈的方法把铝丝制成毡圈，再对样品进行烧结处理，使它达到需要的强度要求和孔隙要求。这种方法的好处是相比于粉末烧结而言可以获得更高的孔隙率；在可以达到孔隙要求的同时还可以确保材料的性能；当孔隙条件一样的情况下，这种方法做出的泡沫铝材料无论从强度方面还是从韧性角度都要比粉末冶金的方法要搞。唯一的缺陷是成本相对较高[3]。
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