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摘要以钛为中间层进行铜合金-钼异种材料焊接工艺的研究。工艺变量为扩散温度、压力及保温时间。实验主要研究温度变量对扩散质量的影响。通过力学剪切实验、显微金相观察、显微硬度实验、X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）及元素能谱分析（EDS）评价焊接质量。结果表明：温度为1030℃，压力为3MPa，保温时间为 30min时试样剪切强度为 238.7MPa，连接质量较好。温度较低时，中间层扩散不均匀，焊缝不平整。压力为5MPa 时，试样变形明显。与以镍为中间层的铜钼扩散连接进行对比分析，钛中间层在合适的参数下焊接效果良好。42528
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毕业论文关键词 铜钼真空扩散连接 钛中间层 工艺研究 显微组织分析
Title The process analysis of Cu-Mo bonding by diffussionAbstractThe process analysis of Cu-Mo bonding by diffussion，which used Ti foil as themiddle layer.Experiment variable are diffusion temperature，pressure and soakingtime.The main point is temperature.Test analyzed bonded joints by shearing,morphologies,microhardness,XRD,SEM and EDS.The result showed that the Mo-Ti-Cujoint at 1030℃,3 MPa，30 minutes exhibited a maximum shearing strength of238.7MPa,with a smooth interface.The Ti did not diffuse adequately when thetemperature was lower,result in interrupted interface.The specimen transformedobviously at 5MPa.The Mo-Ti-Cu jointed well with appropriate parameters,contrasted with the Mo-Ni-Cu joint.
Keywords Cu-Mo bonding by vacuum diffussion；Ti middle layer；process study；morphologies analysis
目次
1引言..1
1.1扩散连接..2
1.1.1扩散连接的原理及特点2
1.1.2扩散连接的工艺3
1.2铜合金与钼的连接5
1.2.1铜合金与钼连接的背景5
1.2.2本实验的研究手段..7
2工艺实验..7
2.1材料选择..7
2.2实验仪器..8
2.3实验方案10
3结果分析11
3.1力学性能分析11
3.2组织分析13
3.2.1焊缝组织.13
3.2.2断口分析..14
3.2.3扫描电镜SEM及元素能谱分析EDS..16
3.3硬度分析19
3.4XRD分析.21
4对比分析23
结论..26
致谢..27
参考文献28
附录A剪切实验夹具图纸.29
1 引言科学技术的进步对各领域材料的性能要求越来越苛刻，除了满足一般的力学性能之外，还需要满足如高温强度、耐磨性、导热性、抗热震性等多种性能要求，而更多时候需要的是一些性能的组合。对目前已有材料来说，很难同时满足多种苛刻性能。因此，异质材料之间的连接、焊接在现代工程结构中的应用越来越多[1]。例如核聚变实验装置中的偏滤器，是重要的面向等离子体部件，承受着严酷的热疲劳，需要高熔点及超高导热性能的材料，目前其主要选择钨与铜等异质材料的连接[2]，在满足耐热性的同时提高导热能力。钼金属是一种熔点高（约2622℃）、硬度高、导电性能好的金属材料[3]，工业上主要应用于合金钢的生产，在线切割等机械领域也有较多应用；而铜金属具有极佳的导电、导热性能与加工性能。铜钼金属部分物理化学性能对比在表 1.1 中列出。可以看出，钼金属的硬度较铜金属大得多，且前者的熔点是后者的两倍多。铜合金-钼异质材料的连接目前主要应用于电子器件的封装材料，如大功率电子管、微波管等[4]。钼铜通过精密烧结或轧制制成层状复合材料时，其热膨胀系数可以通过改变 Mo 和 Cu 的厚度比得到调整和控制，与纯钼相比，提高了导电性、导热性，加工性能也得到了极大地改善，可以满足当前某些领域微电子工业发展的需要。另外，也可以使用钼层作为铜的保护材料，利用钼的高硬度及耐腐蚀的特性，满足器件苛刻的使用条件。铜钼金属在熔点、热膨胀系数及导热率等物理化学性能有很大差异，使用传统的熔焊方法进行连接时，很难获得满意的接头。具体来讲，铜与钼在熔点上的巨大差异，使熔焊温度参数难以选择，温度较低时钼无法熔化，而温度较高时铜可能气化。铜与钼在热膨胀系数上的差异，会导致焊接瞬时膨胀量不同，焊件产生明显的热变形，从而使试件失效。其次，铜与氧的亲和力与钼对比来说较大，容易被氧化，出现夹杂等缺陷。相对于熔焊方法，扩散焊是一种对同种或异种的金属、合金和非金属材料进行连接的工艺过程，它是在一定的时间范围内，通过加压和加热使对接面之间的原子相互扩散来实现连接[5]。扩散焊接头质量均匀稳定，接头尺寸灵活可控，且可以获得高的机械性能，是实现异种金属连接的主要方法之一。