0 前言

Cu/Al合金材料因具有优异的热导率、导电性，被广泛应用于空调换热器、暖气片、电力系统接头等。然而，由于其成本高、密度大的特性，在一定程度上约束了铜合金的应用，鉴于我国贫铜富铝的资源现状，用铜大量依赖进口，因此国家大力提倡以Al代Cu。Cu/Al复合结构具有轻量化、成本低、导电导热性能优异等特点，已被广泛工业化应用。然而Al合金表面氧化膜难以去除、界面易产生脆性金属间化合物（IMC）、Cu/Al物理化学性能存在较大差异等因素对 Cu/Al异质金属连接具有巨大的挑战性［1－2］。

目前，Cu/Al异质金属连接方法主要有搅拌摩擦焊、电阻焊、爆炸焊、钎焊等。水下搅拌摩擦焊［3］已在很大程度上改善了接头中IMC的生长，但对于大熔合面、结构复杂接头的制备难以适用；热补偿法电阻点焊［4］尽管改善了接头处Al母材性能，但仍将会诱导母材两侧产生大量IMC弱化接头性能；爆炸焊［5］则受限于生产条件和接头形式，难以大面积推广使用。相比之下，钎焊在异种金属连接中应用更加广泛，可制备复杂、高精密接头。

传统Cu/Al钎焊接头制备方法主要有真空钎焊和有钎剂钎焊2种。真空钎焊工艺复杂、设备要求高；有钎剂钎焊容易带来接头反应气孔、降低接头耐腐蚀性等缺点。近年来，超声波钎焊技术越来越受到研究学者的关注。Skorb等人［6］发现，作用在液相中的超声波可以去除Al母材表面的氧化膜，促进Al母材溶蚀，使Cu/Al无钎剂钎焊具有可行性。已有报道［7］表明，半固态钎料可以有效避免钎缝层中树枝晶的形成。肖勇等人［8］系统研究了Cu/Al大气环境下无钎剂钎焊方法，采用Zn－Al钎料，结合超声波辅助钎焊工艺来连接Cu/Al异质金属，简化了钎焊工艺流程，详细阐述了使用Zn－3Al钎料钎焊接头显微组织演变规律，但Zn－14Al过共晶钎料钎焊Cu/Al接头显微组织演变机理尚不明晰。

鉴于上述研究背景，本文采用Zn－14Al过共晶钎料结合超声波辅助钎焊工艺连接Cu/Al异质金属接头，重点研究了不同温度场下Cu/Al异质金属钎焊接头显微组织演变规律。

1 试验材料与方法

表1的试验中所用母材为1060铝合金和纯铜T2，尺寸均为 20 mm×10 mm×3 mm。试验钎料为Zn－14Al， 尺寸为 10 mm×7 mm×0.4 mm。 试验前对母材和钎料表面进行打磨处理，超声波清洗5 min，避免材料表面的油污和杂质对接头组织造成影响。试验装置如图1所示，Cu母材置于Al母材下方，钎料预置在两母材之间，超声波焊杆作用在Cu母材上，在Cu/Al母材之间设定固定间隙250 μm，以控制钎缝厚度，避免钎焊过程中钎料被过度挤出。钎焊过程是在大气环境和无钎剂条件下进行，钎焊过程中使用K型热电偶丝监测钎缝层温度。Cu/Al钎焊接头分别在410，420，430，440℃，钎焊时间4 s条件下制备，同时制备了420℃下8 s的钎焊接头，超声波的振动频率和功率分别为20 kHz和960 W。钎焊接头横截面使用 φ（HNO3）0.1%酒精溶液腐蚀 3～10 s，显微结构和原子组成通过电子探针（EPMA）进行表征。

 

表1 1060铝合金，纯铜T2和Zn－14Al化学成分（质量分数）（%）

  

材料 A l Z n C u F e A g V S i M g M n N i P P b 1 0 6 0 余量 0.0 5 0.0 5 0.3 5 — 0.0 5 0.2 5 0.0 3 0.0 3 — — —T 2 — 0.0 0 3 7 余量 0.0 0 4 2 0.0 5 1 — — — — 0.0 0 3 8 0.0 0 3 9 0.0 0 3 2 Z n－1 4 A l 1 4.2 1 余量 0.2 1 9 0.0 1 9 — — 0.0 3 1 0.0 4 — — — — —

  

图1 钎焊装置示意图

2 试验结果与讨论

2.1 不同温度下钎焊接头的显微组织演变规律

从图5可见，410℃时Cu界面形成了不连续的CuZn5相，集中在Cu界面处，这表明Cu原子开始向钎料层中扩散，Cu界面处发生了良好的冶金反应。420℃时界面处形成了连续扇贝状IMC层，EDS分析其原子分数分别为 x（Al）4.2%， x（Cu）19.9%和x（Zn）75.9%， 推断其为 CuZn5相。 通过 Image Pro Plus软件计算出CuZn5层的平均厚度为6.33 μm，随着钎焊温度的升高，钎料层中的液相比例增大，Cu原子向钎缝层中的扩散速度加快，界面处CuZn5相迅速增厚。430℃时可发现IMC层厚度降至约1.9 μm，界面 IMC 由不连续 Al4.2Cu3.2Zn0.7 ［x（Al）53.35%， x（Cu）36.78%，x（Zn）9.87%］三元相和少量 CuZn5相组成，钎焊温度升高，钎料液相比例的增大，导致超声波空化效应增强，对扇贝状的CuZn5相进行溶蚀，在扇贝状尖角处易形成局部温升区域［8］，CuZn5为Cu原子在该区域的扩散提供了通道，钎缝层中α－Al颗粒的Al原子也将通过Zn－Al液相进入界面局部温升区域，最终该区域达到形成 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相所需的冶金反应条件并形成了 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相。 440 ℃时，Cu 界面完全转化为连续 Al4.2Cu3.2Zn0.7 层，三元相厚度相比于430℃时增大至6.3 μm，其原因是钎焊温度进一步升高， 钎缝层中液相比例增大， Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相在适宜的冶金反应条件迅速变化， 外表面的 Al4.2Cu3.2Zn0.7三元相和残留的CuZn5颗粒将在超声波空化效应和声流的破碎和冲刷作用下逐渐被剥离至钎缝中。

钎缝中的 Al4.2Cu3.2Zn0.7 相的形成原因， 从文献［11］中可知， 当钎焊温度达到 440 ℃时， Al4.2Cu3.2Zn0.7三元相比于CuZn5二元相的形成能更低，并且需要液相中有足够的Al原子和Cu原子［8］，因此需要对接头界面处作进一步讨论。Cu界面处通常为Al/Cu钎焊接头的薄弱环节，界面处易生成大量连续的IMC层［12］。图5为不同钎焊温度超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu钎焊接头Cu界面显微组织图。

  

图2 不同钎焊温度超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu接头显微组织图

  

图 3 Zn－Al二元合金相图［9］

对比图6a和6b，可以发现延长钎焊时间，钎缝层中的CuZn5相增多，出现少量Zn－Al共晶组织；对比图6c和6d，随钎焊时间延长，在Cu界面附近出现花瓣状CuZn5，界面处扇贝状CuZn5层平均厚度约为 6.3 μm，界面 IMC厚度并无较大变化。一方面，钎焊时间的延长和超声波空化效应的溶蚀作用［10］促进了Cu原子在钎料层中的扩散；另一方面，超声波空化效应易在扇贝状CuZn5的尖角处集中［8］，随钎焊时间的延长，超声波搅拌和冲刷作用促进了界面处CuZn5相的破碎和剥离，在界面附近形成花瓣状CuZn5相。在图6d中同时也可以发现CuZn5相中夹杂着少量的 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相颗粒， 超声波空化效应易在CuZn5相的尖角处集中，声流的冲刷和搅拌作用促进CuZn5相向钎缝层中分布，随着钎焊时间的延长，Cu原子和Al原子向该区域进一步扩散［8］，超声波空化效应引起局部温升带来该区域过饱和溶解达到 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相形成的冶金反应条件， 并引起 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相的形成。

  

图4 不同温度超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu接头的钎缝组织图

错误分析理论的语言学基础是转换生成法体系，这一体系认为人脑天生具有语言习得机制与语言使用能力，从而使得人类具有了其他物种所无法拥有的完备的语言体系。而由于语言的使用往往存在一定的规则，并且主观影响较大，因此错误分析理论的心理学基础就是语言迁移理论。而语言迁移理论的核心观点则是母语的性质会使外语学习的某些方面变得容易或困难，即语言迁移有正负之分。由于受到汉语语义以及表达顺序的影响，在口译的过程中，许多学生往往来不及思考正确的英文语序，而是顺着汉语语序翻译所听到的句子，从而使句子的表达不符合英语语言习惯。例如：

  

图5 不同温度超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu接头的Cu界面组织图

图2所示为超声波钎焊4 s获得的不同钎焊温度下Al/Zn－14Al/Cu接头显微组织图。从图2可以观察到，在接头的钎料层中存在一些缩孔，缩孔存在的原因在于钎焊过程中半固态钎料被大量挤出，钎缝凝固过程中固态α－Al先共晶与Zn－Al相之间的凝固收缩系数不同，产生补缩不足引起。410℃钎焊时，上界面并未形成连续扩散层，根据图3所示的Zn－Al合金相图［9］可以发现该温度下Zn－14Al钎料固液比约为1∶1，固相比例过高导致钎焊时接头中的空化效应难以破碎铝母材表面氧化膜，部分区域氧化膜破除可归因于机械磨损机制［8］。420℃及以上温度下钎焊时，钎缝上下界面均形成了良好的冶金结合，表明超声波在半固态钎料中形成的空化效应已完全破碎了铝母材表面的氧化膜，实现了Zn－14Al钎料与Cu/Al母材间的无钎剂钎焊连接。

2.2 不同时间下钎焊接头的显微组织演变规律

2.5 影响心衰患者预后的多因素Cox比例回归分析 多因素Cox回归分析(表5)显示：托伐普坦的使用与心衰患者的预后(心衰再入院率与全因死亡率复合终点事件)有明显相关性(P=0.000)；NT-proBNP与预后有较弱的相关性(P=0.017)，其数值越高，预后越差；eGFR与预后有中等强度的相关性(P=0.003)，其数值越高，预后越好；血清渗透压与预后有很弱的相关性(P=0.001)。

图6所示为420℃下不同时间超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu接头的显微组织图。

为了检验改造后大直径旋流器的分级效果，对改造前后旋流器底流、溢流进行了多个班次不同入料压力的采样分析，结果见表3和表4。

  

图6 不同时间超声钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu接头的显微组织图

为探究钎缝显微组织随温度演变规律，对钎缝显微组织进行分析，图4为不同温度下超声波钎焊获得的Al/Zn－14Al/Cu钎缝组织图。410℃钎焊时，如图4a所示，EDS分析结果表明接头显微组织主要由等轴状 α－Al ［x（Al）54.57%， x（Cu）2.26%， x（Zn）43.17%］和 CuZn5 ［x（Al）4.18%Al， x（Cu）19.87%，x（Zn）75.96%］相组成，钎缝层中有少许孔洞，这是由于该温度下钎料层中固相比例较高，在钎缝凝固过程中固液相收缩系数差异较大，导致孔洞形成。随着钎焊温度的升高，420℃时，如图4b所示，钎缝中α－Al晶粒长大，其原因是随着温度的升高，Zn－14Al钎料中液相的比例增大，固态钎料颗粒的异质形核作用减弱，晶粒长大，同时Cu原子向钎料层中进一步扩散，CuZn5相增多。当温度升至430℃时，如图4c所示，可以发现α－Al晶粒进一步长大，结合图2c进一步发现随着钎焊温度的升高，靠近Cu侧母材出现了 Zn－Al共晶组织 ［x（Al）43.97%， x（Cu）8.91%， x（Zn）47.12%］， Zn－Al共晶有从 Cu 界面向上扩展的趋势。当钎焊温度达到440℃时，如图4d所示，界面中等轴状α－Al晶粒基本消失，取而代之的是Zn－Al共晶和弥散分布的α－Al晶粒，根据图3的 Zn－Al相图［9］可以发现在440℃时，钎料层中的固液相比例约为1∶17.5，超声波的空化效应增强，固相的异质形核作用进一步减弱，导致钎缝层中的等轴晶逐渐消失，超声波引起的空化效应和声流的搅拌作用使钎缝层呈现均匀化形态；同时，界面中出现了一种新相，为确定其成分，通过EDS分析其组成为x（Al）51.2%，x（Cu）38.1%，x（Zn）10.7%，判断其为Al4.2Cu3.2Zn0.7 相。

3 结论

（1）410℃超声波钎焊时，铝母材表面氧化膜剥落形式主要为机械摩擦，并未完全去除铝母材表面氧化膜；Cu界面发生了良好的冶金反应，界面组织主要为不连续的CuZn5相。

（2）420℃超声波钎焊时，Cu/Al母材表面结合良好，Cu界面层CuZn5相增厚。钎焊温度上升至430℃时，钎缝层中显微组织由等轴晶向花瓣状CuZn5转变，在超声波的搅拌和冲刷作用下向钎缝层中分布。钎焊温度进一步升至440℃时，界面层CuZn5 相完全转变为 Al4.2Cu3.2Zn0.7 三元相， 钎缝层中等轴晶完全消失，取而代之的是α－Al，Zn－Al共晶、花瓣状 CuZn5 和 Al4.2Cu3.2Zn0.7 颗粒。

混凝土拌和应按经批准的施工配合比进行生产性试验，施工前应对拌和设备、计量仪器运输和浇筑设备进行检查确认、确保设备完好、并确定最佳投料顺序和拌和时间。

（3）420℃时，随钎焊时间延长会使超声波搅拌和冲刷作用增强，空化效应使界面处原子过饱和溶解， 并导致界面生成了少量 Al4.2Cu3.2Zn0.7 相颗粒。

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