論文開題報告：鋁基復合材料激光釬焊焊縫性能研究

大學本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
學院：　機電學院 專業(yè)班級：　機械工程及自動化

課題名稱 鋁基復合材料激光釬焊焊縫性能研究

1、本課題的研究目的和意義：
現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對材料的性能提出了更高的要求，既希望它們具有良好的綜合性能,又期望它們能夠在極端環(huán)境條件下服役。在單一材料不能滿足這些性能的情況下，復合材料的出現(xiàn)為我們打開了一扇嶄新的大門。應航空航天飛行器結構高輕量化的設計要求，迫切需要一種集低膨脹、高導熱、輕質三大特性于一身的新型電子封裝結構材料。而高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料正是這種理想的替代材料，因為它不僅比重只有可伐合金的1/3，膨脹系數與封裝芯片的陶瓷基體相接近，而且導熱性是可伐合金的10倍。因此，在航空航天與電子行業(yè)，用高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料代替可伐合金和W/Cu、Mo/Cu等傳統(tǒng)的封裝材料已是大勢所
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量SiC顆粒存在，且分布不均勻，使釬縫的強度降低；釬料中的Mg元素能進一步消除氣氛中殘存的氧和水，Mg富集于鋁液表面，使表面張力大大降低，明顯改善釬料對SiCp/2024Al復合材料的潤濕性。
張洋等人采用了Zn-Al釬料對SiC顆粒體積分數為55%的SiCp/Al356復合材料在大氣條件無釬劑作用下進行了超聲波輔助釬焊。結果表明：當超聲波作用時間增加到5s時，焊接接頭區(qū)域的氧化膜完全消失，有一些鋁枝晶從母材向Zn-Al合金中生長，使Zn-Al合金能夠完全潤濕復合材料基體合金，形成良好的冶金結合。并且隨著超聲振動時間的延長，液態(tài)Zn-Al合金能夠逐漸潤濕復合材料表面裸露的SiC增強相顆粒。
郭紹慶等人采用非增強的中間夾層對SiC顆粒增強鋁基復合材料進行了電子束焊接試驗。結果表明：ZL101APSiCp(20%)復合材料在不加填充材料電子束焊接時，鋁合金基體蒸發(fā)嚴重，焊縫區(qū)中主要剩下SiC骨架。這是由于電子束沖擊嚴重，熔化的焊縫金屬被排斥到焊縫兩側，熔融金屬中因含有未熔化的SiC顆粒而導致黏度增加，流動性變差，不能及時回填到焊縫中，因此焊縫成形較困難，試件從頭至尾形成刻槽。
激光技術是上世紀60年代興起的一門高新技術，現(xiàn)已廣泛應用于各個領域。激光以其高能束和加熱的精確可控性，已在焊接領域得到了有效的應用。目前已經有人對一般材料激光釬焊焊接性及焊接接頭展開了一系列初步研究。眾所周知，釬料在接頭處的潤濕鋪展行為很大程度上是由溫度在時間和空間上的分布決定的，以激光為熱源的釬焊工藝的一個最大優(yōu)點是激光能量輸入的精確可控性。利用激光束來獲得接頭的所需溫度場梯度，以獲得釬料對母材的潤濕性。
3、本課題的主要研究內容（提綱）和成果形式：
研究內容：
（1）激光工藝參數對高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料激光釬焊焊接焊縫形成的影響；
（2）高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料激光釬焊焊接夾具的設計；
（3）所用釬料對該復合材料的潤濕鋪展性實驗的研究，確定最佳的焊接釬料；
（4）激光釬焊接頭的金相組織觀測研究。
成果形式
（1）提供優(yōu)質的激光釬焊接頭若干；
（2）得到合適的焊接釬料和優(yōu)化的激光釬焊的工藝參數；
（3）相關論文。
4、擬解決的關鍵問題：
（1）解決高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料的焊接技術難題，探討將激光技術用于復合材料釬焊焊接的新思路；
（2）在工藝上摸索出高體積分數碳化硅顆粒增強鋁基復合材料激光釬接最佳的工藝措施和參數。
5、研究思路、方法和步驟：
思路：采用激光焊接的方法來進行加工，在用不同的釬料、不同的工藝參數情況下進行焊接實驗，觀察所焊接成品的金相組織。確定最佳焊接所需釬料和工藝參數。
方法：控制變量法，采用不同的參數進行鋁基復合材料激光焊接的研究。
步驟：焊接接頭形式設計——確定激光焊焊接方式——設計焊接夾具——擬定釬料和焊接工藝參數——
焊接實驗——實驗分析——匯總實驗結果得出結論。
6、本課題的進度安排：
第一周 — 第四周：查閱文獻，學習鋁基復合材料、激光技術、釬焊技術的理論知識；
第五周 — 第六周：設計焊接接頭形式和所需焊接夾具；
第七周 — 第八周： 以激光作為熱源進行釬接，研究釬料的作用和機理,確定釬料成分及釬料施加方式；
第九周 — 第十三周：實驗并分析實驗現(xiàn)象和數據，確定最佳激光 ……（未完，全文共3606字，當前僅顯示1821字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報告：鋁基復合材料激光釬焊焊縫性能研究》）