超声辅助钎焊铝合金蜂窝复合材料制备及界面演变机理

Aluminum honeycomb composite materials have super light porous, large area, high strength characteristics, it is the large area connection of cellular structure. According to the limit condition of the low melting point and corrosion, aging and the large area , the program is to develop wetting aluminmu honeycomb composite materials with ultrasond and furnace soldering the coating. During the wetting, the oxide film is broken using ultransond, and the exposed surface is easy to wet. The ultrasonic vibration cavitation and rheological, impact effect can promote to spread. The proper metallurgical bonding interface can be got with coating in furnace soldering. We study the weting and interface behavior, the physiochemical process and interfacial microstructures in the wetting process. And, We study the controlling of the micro and macro structure and the shape. The interaction rules of interface atomic and microstructure evolution coupling mechanism are clarified. We are put forword to wetting physical model between the solid and liquid interface. The load characteristics and failure mechanism are studied too. The results can provides a new approach to the interface design of aluminum honeycomb composite materials. The project has very important significance and application prospect to the modern vehicles for light weight, security, energy saving and environmental protection.

铝合金蜂窝复合材料具有超轻质多孔、大面积、高强度的特征，其广泛工业应用的关键是蜂窝状结构的大面积连接。针对铝合金低熔点和腐蚀、易老化和受大面积的限制，传统钎焊方法难润湿、电化学腐蚀及强度低等问题，提出了超声辅助润湿铝合金和炉焊超声镀层的方法，即利用超声破除铝表面致密的氧化膜，为润湿提供初始界面，利用超声振动空化和流变、冲击效应促进钎料的铺展和氧化膜的去除，从而在炉焊时获得致密金属间的冶金结合界面。在上述研究基础上重点研究超声条件下钎料的润湿和界面行为，蜂窝连接的冶金界面物理化学过程及其界面微观结构、从微观到宏观结构和形态的控制，并阐明超声作用下界面原子的交互作用规律和微观结构演变耦合机理，提出超声作用下固－液界面润湿的物理模型，解析蜂窝复合材料承载特性和失效机理。研究结果将为铝合金蜂窝复合材料界面的设计和调控提供新思路，本项目对现代运载工具的轻量化、安全性和节能环保具有重要意义。

项目的背景：铝合金蜂窝复合材料具有超轻质多孔、大面积、高强度的特征，其广泛工业应用的关键是蜂窝状结构的大面积连接。针对铝合金低熔点和腐蚀、易老化和受大面积的限制，传统钎焊方法难润湿、电化学腐蚀及强度低等问题，提出了超声辅助润湿铝合金和炉焊超声镀层的方法。本项目通过研究超声条件下钎料的润湿和界面行为，蜂窝连接的冶金界面物理化学过程及其界面微观结构、从微观到宏观结构和形态的控制，并阐明超声作用下界面原子的交互作用规律和微观结构演变耦合机理，为铝合金蜂窝复合材料界面的设计和调控提供新思路，本项目对现代运载工具的轻量化、安全性和节能环保具有重要意义。. 主要研究内容： （1）不同润湿驱动钎料超声辅助润湿6061铝合金蜂窝复合材料行为研究（2）超声辅助润湿6061铝合金蜂窝复合材料凝固行为及晶化行为。. 重要结果： （1）制备不同润湿驱动类型低温钎料，申请专利 1项。为超声辅助润湿6061铝合金蜂窝复合材料行为研究，提供良好的实验研究基础条件。 （2）测试了不同润湿驱动钎料超声辅助润湿6061铝合金蜂窝复合材料铺展规律并利用量纲原理建立了相关模型； （3）关联了润湿行为、微观组织和力学性能演变机制。. 关键数据及其科学意义： （1）在超声辅助钎焊6061铝合金试验中，接头强度超过101MPa，超声时间超过10s，接头强度基本不改变，断裂于母材。（2）空化泡崩溃产生的高压破坏了钎料表面的氧化膜及铝合金表面的气体，使液态钎料与破坏的铝合金颗粒直接接触，钎料中形成弥撒的铝合金颗粒，从而大大提高铝合金钎焊强度。（3）超声能够促使非反应润湿的铺展，同时能够大大加快反应润湿的铺展，润湿角度降低到20度之后不变，只是润湿半径不断增大。. 研究工作的科学意义在于：研究超声条件下钎料的润湿和界面行为，系统研究了界面吸附、溶解和扩散等行为规律，建立润湿铺展模型。