1、PDF外文：http:/ 出处： Journal of Materials Processing Technology, 2009, 209(7): 3568-3580 中文 8476字 Transient liquid phase diffusion bonding of 6061-15wt% SiCp in argon environment J. Maitya, T.K. Pal b, R. Maitic a Department of Metallurgical and Materials Engineering, National Institute of Technol
2、ogy, Durgapur, Durgapur 713209, West Bengal, India b Welding Technology Center, Department of Metallurgical and Material Engineering, Jadavpur University, Kolkata 700032, West Bengal, India c Central Research Facility, Indian Institute of Technology, Kharagpur 721302, West Bengal, India Abstract Ext
3、ruded 6061-15wt% SiCp composite was joined by transient liquid phase diffusion (TLPD) bonding process in argon environment using 50-_mthick copper foil interlayer. The bonding was carried out at 560 C with two different applied pressures (0.1 and 0.2MPa) and five different holding times (20 min, 1,
4、2, 3 and 6 h). Kinetics of the bonding process was significantly accelerated in the presence of reinforcement (SiC). This acceleration is attributed to the increased solute diffusivity through defect-rich SiC particle/matrix interface and porosity. Adequate bond strength (90% of the original composi
5、te strength)was achieved for bonding at 0.2MPa pressure with 6h of holding. This is very close to the reported highest bond strength achieved (92% of the original composite strength) for joining aluminium-based metal matrix composite by TLPD process in vacuum followed by isostatic pressing. The reje
6、ction of oxide at periphery on completion of isothermal solidification, and elimination of void at bond interface through solid state diffusion at higher pressure (0.2MPa) were the main reasons of achieving high bond strength. Keywords: Transient liquid phase diffusion；Bonding；6061-SiCp composite； P
7、article segregation； Isothermal solidification； Oxidation ；Bond strength 氩气氛围中 6061-15%（ wt） SiCp 的瞬时液相扩散连接 J.Maitya,*， T.K.Palb,R.Maitic a 印度，西孟加拉邦，杜尔加布尔 713209 研究所，冶金与材料工程技术系； b 印度，西孟加拉邦，加尔各答 700032 研究所，贾普达大学，冶金与材料工程系，焊接技术中心； c 印度，西孟加拉邦，克勒格布尔 721302 研究所，印度理工学
8、院，核心研究机构； 摘要： 在氩气氛围中通过液相扩散连接项目，用 50um 厚的铜箔层挤压 6061-15wt%SiCp 复合材料使他们结合。在 560 ，两种不同压力（ 0.1 和 0.2MPa）和五种不同保温时间（ 20min，1， 2， 3 和 6 小时）下实施这次连接。 增强相（ SiC）的存在显著加快连接工艺 的 动力学 问题 。 加速 的原因在于 SiC 颗粒 /基体界面的大量缺陷和气孔导致溶质的扩散加快 。在 0.2MPa，保温时间为 6h 情况下达到了充足的粘结强度（原始复合强度 的 90%）。这是非常接近于所报道过的 ,在真空等静压状态下依
9、靠 TLPD 过程实现铝基金属基复合材料的连接 获得的最高粘结强度（原始复合强度的 92%）。 隔绝氧化，在外围形成等温凝固，并且消除无效的粘合界面，在更高的压力下（ 0.2MPa）下通过固态扩散，是能够获得高连结强度的主要原因。 关键字：瞬时液相扩散连接 6061-SiCp 复合材料 颗粒分离 等温凝固 氧化 粘结强度 1 引文 广泛应用在工业上的 铝基金属基复合材料的主要问题在 于 连接困难（ Ellis,1997）。 机械 连接 （螺栓或者铆接），熔焊和固
10、态扩散连接 铝基复合材料 都存在着 一些困难，例如 （机械连接） 增强体的 损伤；形成脆性相（ Al4C3),（熔焊） 热影响区产生裂纹； （固态扩散连接） 在高应力下的过度塑性变形(Bushby and Scott, 1995； Devletian,1987； Field, 1989； Gittos and Threadgill, 1991； Hall and Manrique, 1995； Luhman et al., 1983； Shirzadi and Wallach,1997)。 对于瞬时液相扩散连接， 会 有一个 “中间层 ”（通常是一种纯金属），可以形成低熔点混合物（如共晶），比
11、固态扩散连接 有较低的连接温度， 更低的焊接压力和更少的表面光洁度需求 的优点 。然而， TLPD焊接过程的完成需要一段很长的时间，主要是因为其中的等温凝固阶段(Natsume et al., 2003)。 这种技术的商业应用需要有足够的粘结强度 ， 在了解微观结构变化和过程动力学后再开发。 虽然已经对不同的单 相 金属和合金的 TLPD连接过程的 进行 研究调查，但是对 AlMMC的 TLPD粘接报告是有限的。在单 相 铝系合金的 TLPD粘接中用不同的中间层材料，利用铜中间层已被证明是能够成功的连接常规的铝合金，并且粘结强度比得上已被报道过的母体材料 (Dray, 1985)。
12、再次， 关于AlMMC的 TLPD连接出版的文献主要涉及使用不同厚度的铜夹层研究连接情况的发展，以达到足够的连结强度 。用 10um厚 的铜夹层，在 550 空气环境中， 研究的 SiC纤维 增强 AlMMC的TLPD 连 接 ， 已 经 由 Bushby 和 Scott（ 1993），报道过，较高的连接压力（ 20MPa）是必要的，以 抑 制铜的氧化使粘合区的面积最大达到 80%。另一方面， Shirzadi和 Wallach（ 1997） 在 560 ，0.1-0.2MPa，真空下 20min的连接 7um厚的铜夹层然后进行真空等静压， 用来连接 AlMMC所获得的连接强度达到母材强度的
13、92 。 在其他的研究调查中， Huang et al(2007)用混合粉末夹层（ AlSiSiCTi）， 通过 TLPD过程，在真空中，在 595 ， 0.003MPa， 90分钟的接合时间连接 6063SiCp复合材料，得到 50MPa的粘结强度 。 然而，在氩气氛围中， 68MPa的粘结强度是由本文作者之一 (Pal, 2005) 为连接挤压6061-15wt SiCp，用铜粉层在 560 ，2 MPa， 20分钟的接合时间的条件下实现的。在大多数使用铜夹层 TLPD接合的这些研究 , 粘 接 温 度 保 持 在550-560 ，这是稍微高于 Al-Cu 系（ 548 ）的共晶温度及低于
14、 AlMMC的固相线温度。然而， 不同条件下的粘结使用不同的压力 ， 在空气 环境TLPD 连 接 ， 需 求 非 常 高 的 应 力（ 20MPa），为了实现在粘结界面金属与金属的接触 (Bushby and Scott, 1993)（ 高压引起 AlMMC的过度塑性变形，这是不理想的。因此，常规 TLPD连接是在较低的压力（ 0.10.2MPa）， 是 在真空或惰性环境下进行的，以达到足够的粘结强度而不产生塑性变形。同样，对于在真空低压常规 TLPD连接，具有较低连接时间（ 20分钟），结合界面的空隙 的存在 已经被 Shirzadi and Wallach (1997)确定。这些空隙一定
15、程度上降低粘合强度。较低的保温时间（ 20分钟）低压连结， 然后 等静压，以达到很高的粘结强度。然而，具有较高的接合时间（比方说， 6h）的低压 TLPD连接尚未 AlMMC研究。此外，在 AlMMC的 TLPD连接所有这些 研究 ，在粘结微观结构和 工艺的 不同阶段之间进行比较，没有明确的相关性。另外，连接时间保持在较低水平（最高 2h），与等温凝固的完成或者是接合区域的同质化没有任何相关性，以及使用单片系统制作的过程动力学没有比较性。本次 研究 的目的是发展足够的粘结强度挤压 6061-15wt SiC颗粒复合，在氩气氛围中依靠 TLPD过程，关于过程机制和微观评价，对于 不同的接合时间，
16、长达 6小时。 2材料和方法 2.1 材料 标准的 AlMMC 挤压杆材料的组成是 6061 合金基质和含有 15wt（ 12.93vol）的平均尺寸为 23um 的增强碳化硅（ SiC）微粒， 6061 合金（ Anon.， 1990）的组成成分列于表 1中。此外，它含有一些铁（ 0.6wt）作为杂质，已被化学分析中的光学发射光谱仪证实（ UNISPEC： 4L/0096）。作为接收的 AlMMC 的密度也是由排水法测定。 2.2 连接的试样制备 机械加工挤压杆，以产生直径15mm 和高度 10mm 的光盘。其结果是盘的搭接面成为垂直于挤压方向。并且对光盘的搭接面进行抛光，以达到1um 的光洁度。 50um 厚的纯铜（质量分数为 99.97%）箔被用作中间层，用于连接的夹层打一个直径为 15mm 的表 -1 6061 铝合金的化学成分（ wt%） Mg 1.0 Si 0.6 Cu 0.3 Cr 0.2 Al Rest
