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摘 要

本文采用非晶态条带作为中间层用于碳钢/不锈钢的异种金属钎焊复合，该方法具有钎料成分配比可调，使用方便，焊接间隙小，钎焊质量高等特点。采用单辊急冷法制备了三种Ni_92-xMo_xP₈（x=6, 10, 14）非晶态合金条带，利用X射线衍射技术（XRD）分析条带的物相结构，采用差示扫描量热法（DSC）分析条带的熔化特性。研究：钎料合金配比、钎焊温度和保温时间这些因素对钎焊接头力学性能的影响。分析钎焊接头冶金结合层的物相结构、SEM微观形貌和金相组织。

DSC结果表明三组Ni_92-xMo_xP₈非晶形成能力和玻璃形成能力(GFA)排序均为：Ni₇₈Mo₁₄P₈＞Ni₈₂Mo₁₀P₈＞Ni₈₆Mo₆P₈。

合金配比、钎焊温度和保温时间三因素三水平正交试验表明影响钎焊接头剪切强度的因素顺序为：Ni_92-xMo_xP₈合金配比＞钎焊温度＞保温时间。最佳的钎焊因素组合为：Ni₈₂Mo₁₀P₈钎料、1040℃、保温时间10min，其剪切强度为164.5MPa。

剪切断面XRD分析显示冶金结合区内主要组织为FeNi固溶体组织与Mo₂Ni₆P₃、Ni₃P、Ni₂P化合物组成的共晶组织。FeNi固溶体组织对焊接接头结合强度有利，而Mo₂Ni₆P₃、Ni₃P和Ni₂P均为含P脆性化合物相，会导致接头结合强度降低。

关键词：非晶钎料 镍钼磷合金 焊接 不锈钢/碳钢

Preparation and Brazing Properties of Amorphous Nickel Base Filler Metal

ABSTRACT

The metallurgical bonding of the carbon steel and stainless steel was completed by brazing with amorphous ribbon as interlayer. This method has characteristics including: adjustable for composition structures, conveniences for using, narrow gap welding and high quality for brazing. The amorphous ribbons of Ni_92-xMo_xP₈（x=6, 10, 14）alloys were prepared by single roller rapid solidification. The phase of ribbons was investigated by XRD, and the melting behaviour was investigated by DSC. The mechanical properties were analyzed by influence factors of alloy composition, brazing temperature and holding time. The phase, morphology and microstructure of the metallurgical bonding layer were analyzed by XRD, SEM and microscope.

DSC results indicated that Amorphous forming ability and glass forming ability (GFA) sorting were Ni₇₈Mo₁₄P₈＞Ni₈₂Mo₁₀P₈＞Ni₈₆Mo₆P₈.

A shear strength orthogonal experiment was designed to study on the brazing influence factors including alloy composition, brazing temperature and holding time. The order of factors influencing the shear strength was: alloy formula＞brazing temperature＞holding time. The best factorial composition for brazing was: Ni₈₂Mo₁₀P₈ filler metal, 1040℃, and 10min holding time, its shear strength was 164.5MPa.

XRD analysis results of the shearing fracture indicated that, the structures in metallurgical bonding area were FeNi solid solution phase and eutectic organization consist of Mo2Ni6P3, Ni3P and Ni2P. The FeNi solid solution phase was good for weld bonding strength, while brittle compounds contain P element including Mo₂Ni₆P₃, Ni₃P and Ni₂P could reduce the joint bond strength.

Key words:Amorphous brazing alloy;Ni-Mo-P alloy;Welding;Stainless steel/carbon steel

目录

摘要 II

ABSTRACT III

第一章 绪论 1

1.1非晶态合金简介 1

1.2非晶态合金钎料的制备 2

1.3钎焊机理研究 3

1.3.1毛细钎焊概念及机理 3

1.3.2接触反应钎焊概念及机理 3

1.3.3扩散焊概念及机理 4

1.4本课题主要研究内容 4

第二章 试验材料及方法 5

2.1试验仪器、设备及材料 5

2.1.1主要实验仪器 5

2.1.2 主要试验药品 6

2.2实验材料 6

2.2.1钎料 6

2.2.2母材 6

2.3实验方案 7

2.4试验设备及工作原理 7

2.4.1母合金熔炼 7

2.4.2非晶条带制备 8

2.4.3钎焊试样制备 8

2.5主要测试方法 9

2.5.1非晶条带X射线衍射分析及差热分析 9

2.5.2冶金结合区微观组织和结构分析 9

2.5.3力学性能测试 9

第三章 实验结果与讨论 10

3.1 Ni-Mo-P非晶条带的制备及检测 10

3.1.1 Ni-Mo-P母合金熔炼 10

3.1.2单辊急冷甩带法制Ni-Mo-P非晶条带 11

3.1.3 Ni-Mo-P非晶条带的XRD检测 13

3.1.4 Ni-Mo-P非晶条带的DSC检测 14

3.2非晶钎料钎焊接头剪切强度研究 16

3.3冶金结合层显微硬度测试 19

3.4冶金结合区微观组织与结构分析 20

3.4.1冶金结合区物相结构分析 21

3.4.2冶金结合区形貌及成分分析 22

第四章 结论 24

参考文献 25

第一章 绪论

1.1非晶态合金简介

非晶态合金也称为金属玻璃（Metalic Glass）通常是由熔体或气体连续快速冷却制得。它是一种新的特殊的物质状态,至今尚无统一的严格定义。由于非晶合金材料具有独特的无序结构, 兼有固体和液体, 金属和玻璃特性, 因而具有优异的力学、物理和化学性能, 且有一些晶态合金所不具备的优良性能。例如非晶态合金的强度、韧性和耐磨性明显高于晶态合金的。

最早成功制备非晶态合金的报道是用蒸化沉积的方法获得了非晶态薄膜。用电沉积法制备了非晶薄膜，用快速凝固的方法在合金系中成功地制备出了非晶合金薄膜，非晶态合金的发展与其制备技术的突破密切相关, 庞德和马丁用轧辊法制备一定连续长度条带技术的发展是制备非晶合金的决定性的发展。这一技术创造了大规模生产非晶合金的条件, 并激发了对非晶合金研究开发工作的急剧增长。但是, 这些非晶的形成条件必须是冷却速度大于10⁴K/s，且制得的非晶薄膜厚度其50um以下。一般非晶合金只能生产带、丝、薄片及粉末形状, 由于形状和尺寸的影响, 使非晶合金的应用范围受到限制。20世纪90年代以来, 非晶合金的研究又有了突破性的进展。由于发现了具有很强的非晶形成能力的合金系, 使得用一般的工艺方法如铜模铸造方法等即可获得三维尺寸在毫米量级的大块非晶合金。据报道, 在己经获得的大块非晶合金中, 最小的临界冷却速度低于原来的速度^[1]。

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