【摘 要】
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复合铝板钎焊过程中存在强烈的液固交互作用,引起溶解、熔蚀、等温凝固以及液膜迁移等现象,不仅降低其钎焊性能,还会导致焊后组织分布均匀性降低,破坏复合铝板的电位梯度设计,严重损害复合铝板的腐蚀性能。本文研究了复合板材钎焊过程中熔融皮材和固态芯材的交互行为,及其对焊后组织和性能的影响规律。在此基础上,优化了复合板材成分和结构设计,以及相应的加工和热处理工艺,避免液膜迁移等液固交互作用造成的有害影响,为开
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复合铝板钎焊过程中存在强烈的液固交互作用,引起溶解、熔蚀、等温凝固以及液膜迁移等现象,不仅降低其钎焊性能,还会导致焊后组织分布均匀性降低,破坏复合铝板的电位梯度设计,严重损害复合铝板的腐蚀性能。本文研究了复合板材钎焊过程中熔融皮材和固态芯材的交互行为,及其对焊后组织和性能的影响规律。在此基础上,优化了复合板材成分和结构设计,以及相应的加工和热处理工艺,避免液膜迁移等液固交互作用造成的有害影响,为开发钎焊性能和耐蚀性能俱佳的多层复合铝板提供理论支持。研究结果表明,在AA4343/AA3003/AA4343复合铝板钎焊过程中,应变诱发液膜迁移（SILFM）通常出现在微变形的复合铝板中,由于应变量较小,芯材合金在加热到钎焊温度期间仅发生回复,而未发生再结晶。当芯材与熔融皮材接触,其中残留的储存能为SILFM提供了驱动力。采用Ni元素标记跟踪液膜迁移的输运过程,结果表明熔融皮材通过晶界上形成的液膜通道,不断供给向芯材迁移的液膜。AA4343/AA3003/AA4343复合铝板钎焊后表面聚集了大量Al-Si共晶团,其中聚集了Si、α-Al（Fe,Mn）Si和Al2Cu等相。第一性原理计算结果显示,三者均为阴极相,与Al基体间的本征电势差分别为500-1350 m V,140-210 m V和120-470 m V。在腐蚀过程中可作为长效阴极相,持续加速Al基体的腐蚀。经SWAAT试验15天后,钎焊后AA4343/AA3003/AA4343复合铝板中沿晶腐蚀已基本贯穿全板厚,材料完全失效。钎焊后在325°C进行均匀化热处理,不仅可使Al2Cu相完全回溶,还能促进扩散区析出大量的α-Al（Fe,Mn）Si颗粒,减少扩散区Al基体中固溶[Mn]和[Si]含量,使扩散区的腐蚀电位下降,优化焊后复合铝板的电位梯度分布,大大改善合金的耐腐蚀性。AA7072/AA3003/AA4343复合板材中的足够大的电位差,以及皮材AA7072组织的均匀性,可为芯材合金提供良好的保护效果。AA7072/AA3003/AA4343复合铝板在SWAAT箱中腐蚀20天,未发生穿透。而AA4343/3Z19/3Z45/AA4343四层复合铝板,由于良好的腐蚀电位梯度设计,有助于焊后表面阴极相的脱落,经SWAAT实验25天后,芯材仍未出现明显的穿透性腐蚀。AA4343/3Z19/3Z45/AA4343四层复合铝板钎焊后,芯材中过饱和固溶的Mg和Si,在自然时效过程中沉淀析出,形成GP区,产生显著的时效强化效果。经过自然时效21天,时效强化效果基本达到峰值,钎焊后四层复合铝板的屈服强度由59 MPa陡增至91MPa,提高约50%,抗拉强度从175 MPa提高至218 MPa,提高约四分之一。
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