Tutkimus erilaisten metallien uudesta juotosprosessista 6063 alumiiniseoksessa/punainenkupariliitos
Tiivistelmä: Kehitettiin uusi juotosprosessi eri metallilla 6063-alumiiniseokselle/punaiselle kupariliitokselle. Tässä menetelmässä käytetään hitsausmateriaalina sinkki-alumiinitäytelankaa, TIG-hitsauksen ja juottamisen ominaisuudet yhdistyvät, ja sen etuna on kätevä käyttö ja korkea hyötysuhde. Sauman kostuvuus, leikkauslujuus ja mikrorakenne analysoitiin vertaamalla perinteiseen uunissa tapahtuvaan juottamiseen. Tulokset osoittavat, että uusi juotosprosessi voi tehokkaasti toteuttaa 6063-alumiiniseoksen/punaisen kupariliitoksen hitsauksen ja saavuttaa suuremman liitoksen leikkauslujuuden, jopa 70,2 N/mm2.
Avainsanat: alumiini kupariliitos; juottaminen; juotoksen ytimellä lanka; zine-alumiininen täyteainemetalli.
Alumiinia ja kuparia käytetään laajasti esimerkiksi sähkönsiirrossa, lämmönvaihdossa ja päivittäisissä tarpeissa niiden hyvän sähkön- ja lämmönjohtavuuden ansiosta. Näihin kahteen verrattuna alumiinin sähkön- ja lämmönjohtavuus ei ole yhtä hyvä kuin kuparin.
Alumiinin markkinahinta on 1/3 kuparista ja alumiinin tiheys vain 1/3 kuparista.
Ottamatta huomioon mekaanisia ja sähkötermisiä ominaisuuksia, samojen komponenttien alumiinimateriaalien hinta on 1/9 kuparimateriaaleista. Siksi ihmiset käyttävät teknologiaa "kuparin korvaamiseksi alumiinilla" monilla teollisuudenaloilla vähentääkseen tuotantokustannuksia, kuten mikroelektronisten laitteiden, energialaitteiden, hybridiajoneuvojen akkujen ja energia-akkujen valmistuksessa." On monia tapoja yhdistää alumiini kupariin, Alumiini/kupariliitosten sulatushitsauksella on korkea tuotantotehokkuus ja kaunis muoto, mutta liitokset ovat hauraita, heikkoja ja alttiita. Juotosmenetelmää valvotaan tiukasti juotoskoostumuksen ja juotosprosessin parantamisen perusteella. Siksi juottaminen on lupaava kupari-alumiiniliitostekniikka Perinteiset juotosmenetelmät ovat este sen edistämiselle.
Tässä kokeessa käytetään uutta juotosprosessia, jossa käytetään hitsausmateriaalina täytteenä olevaa juotoslankaa, lämmönlähteenä liekkiä ja volframi-argonkaarihitsausmenetelmää 6063-alumiiniseoksen/punaisen kuparin liitoksen tehokkaan liitoksen saavuttamiseksi.
Testausmateriaalit ja -menetelmät:
Tässä testissä käytetyt testilevymateriaalit ovat 6063 alumiiniseosta ja punaista kuparia. Juotosmateriaaleina ovat Zn75Al25 ja Zn92AI8, kaksi sinkki-alumiini-juottolangaa ja sinkki-alumiini-umpiytiminen juotos vastaavilla komponenteilla. Suutteet ovat kaikki CsF-AlF, joka on keskilämpötilainen syöpymätön juoksute.
Testitulosten analyysin perusteella 6063-alumiiniseoksella ja kuparilla olevan juoksutteisen juotoslangan kostuvuus ei juurikaan eroa juoksutteen peittävän juotteen kostuvuus. Tämä johtuu sinkki-alumiiniseoksen alhaisemmasta sulamispisteestä. Nopeasti korkeassa lämpötilassa sulamisen jälkeen juoksute nesteytyy ajoissa ja poistaa tehokkaasti perusmetallin pintaoksidit varmistaen juotteen kostutuskyvyn perusmetalliin. Verrattuna Zn92Al8:aan, Zn75Al25:llä on parempi kostuvuus joko 6063-alumiiniseoslevyllä tai kuparilevyllä. Molemmat voivat levitä hyvin 6063-alumiiniseokselle. Punaisen kuparin kostuvuus on kuitenkin keskimääräinen. Zn75Al25:n levityspinta-ala on noin 50 mm, mikä on hyväksyttävää, kun taas Zn92Al8:n leviämisalue on vain noin 30 mm, mikä voi helposti aiheuttaa vikoja juottamisen aikana. Voidaan nähdä, että sinkkipitoisuuden kasvaessa juotteen kostuvuus kuparilla huononee. Tämä johtuu siitä, että pintajännityksen lisäksi nestemäisen juotteen ja perusmetallin väliseen kostuvuuteen vaikuttavat tekijät ovat tärkeämpää juotteen ja perusmetallin välinen suhde. Juotteen alumiini- ja sinkkielementit ovat vuorovaikutuksessa toistensa kanssa. Kuparin perusmetalli reagoi muodostaen metallien välisiä yhdisteitä. Sinkki-alumiinijuotteen levittävyys kuparille liittyy muodostuvien metallien välisten yhdisteiden muotoon ja määrään. Kun alumiinipitoisuus on alhainen, syntyy kupari-sinkki intermetalliyhdisteitä, joilla on korkea sulamispiste. Kun niitä syntyy, ne kasvavat dendriiteissä ja versoissa, mikä estää nestemäisen juotteen leviämisen.
Testituloksista voidaan nähdä, että juotettaessa 6063 alumiiniseos/punakupariliitoksia eri juotoksilla, uudella juotosmenetelmällä saatujen liitosten leikkauslujuus on suurempi kuin perinteisellä liekkijuotosmenetelmällä. Runkojuottolangalla Zn75Al25 saadun liitoksen leikkauslujuus on suurin, joka on 70,20 N/mm2.
Prosessianalyysin perusteella, kun uunijuotuksessa käytetään perinteistä juotosprosessia, juotoksen täytemetalli ja juoksute asetetaan testilevylle etukäteen. Kun juotostäytemetalli on sulanut korkeassa lämpötilassa, se luottaa sen kostuttavuuteen perusmetalliin, jotta se virtaa spontaanisti juotosaumaan täydentääkseen juotosliitoksen. Tämän prosessin aikana sellaiset tekijät kuin perusmetallin pinnan laatu, testilevyn sijoitustaso ja juotosauman rako vaikuttavat kaikki hitsauksen laatuun. Zn92Al8:n huonon kostuvuuden vuoksi kuparin pinnalla liitoksen leikkauslujuus on vain 26,96 N/mm ja vikoja, kuten liitoksen osittainen sulamattomuus, esiintyy herkästi. Uudessa juotosprosessissa käytetään manuaalista langan täyttöä, joka on helppokäyttöinen ja muistuttaa argonkaarihitsauksen toimintaa sulahitsausmenetelmässä. Siksi se voi tehokkaasti välttää juotossaumarakojen ja muiden vaikutusten vaikutukset ja muodostaa täyteläisen ja kauniin hitsin. Koska täyttölanka ja juoksutteen lisääminen suoritetaan samanaikaisesti, juotteen ja juoksutteen suhde on tieteellisesti kiinteä, mikä vähentää myös virheellisestä käytöstä aiheutuvia hitsausvirheitä. Siksi uusi juotosprosessi on prosessimenetelmien osalta parempi joustavuus, vakaus ja luotettavuus kuin perinteinen uunijuotto.
Juotosmateriaalien analyysin perusteella Zn75Al25-juotetta käyttävien liitosten leikkauslujuus on suurempi kuin Zn92Al8-juotteen. Yhtäältä tämä johtuu siitä, että Zn75A125:n kostutuskyky 6063-alumiiniseoksella ja kuparilla on parempi kuin Zn92Al8:n. Hitsauksen aikana juotos on helpompi valua ja kostua juotosaumassa; toisaalta liitoksen leikkauslujuus on juotossauman mikrorakenteen makroskooppinen ilmentymä, ja liitoksen mikrorakenteen lisätarkkailu ja -analyysi vaatii.
Johtopäätös:
Saman koostumuksen omaaville juotosmateriaaleille uudella juotosprosessilla saadulla 6063 alumiiniseos/kupariliitoksella on hienompi ja tiheämpi rakenne ja suurempi leikkauslujuus kuin perinteisessä uunissa juotetulla liitoksella; Zn78A122 juotosmateriaali kuparilla ja alumiinilla Liitoksen kostuvuus ja leikkauslujuus ovat korkeammat kuin Zn92AI8 juotosliitoksella.
Uutta Zn75Al25-juottoprosessia käyttävän 6063-alumiiniseos/kupariliitoksen rakenne juotosauman alumiinipuolella on mustalla (ax+zm) eutektiikalla käärityn saostuman valkoinen verkkojakauma; kuparipuolen rakenne on kupari-sinkki Alumiinin kiinteä liuosrajapintayhdiste, valkoinen massiivinen z-rakenne ja dendriittirakenne, ja loput ovat suuri määrä mustaa (ax1+ zm) eutektiikkaa.
Uusi juotosprosessi voi tehokkaasti toteuttaa 6063 alumiiniseoksen/punaisen kupariliitoksen hitsauksen helpolla toiminnalla, korkealla hitsaustehokkuudella ja suurella liitoksen leikkauslujuudella, jopa 70,2 N/mm2.
