CN104646850A - 高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法 - Google Patents

高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料由Cu元素、Mg元素、Ti元素及Al元素组成，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为(18-40)％、(0.5-10)％及(0.1-10)％。采用该铝基活性钎料在焊接时可以有效地改善钎料对陶瓷增强相的润湿性，钎焊接头的剪切强度高，并且制备方法简单。

Description

高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种铝基活性钎料及其制备方法，具体涉及一种高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法。
背景技术
SiC颗粒强化的铝基复合材料采用传统熔焊方法(TIG、MIG、激光焊接、电子束焊接等)时的可焊性较差。主要问题有：由于熔池温度过高，SiC增强颗粒与高度过热的Al液发生界面反应，生成有害的Al4C3；同时熔池粘度大，易产生气孔；当添加焊丝时，焊丝与母材混合困难。因此SiC颗粒强化的铝基复合材料应优选钎焊或过渡液相扩散焊(TLP：Transient Liquid Phase bonding)方法进行焊接，但存在润湿性差与焊接区颗粒分布不均匀两方面的问题。其中，润湿性是更为最重要的首要要求，它决定了界面的致密性与界面的承载能力。然而，铝基复合材料母材对传统的铝基钎料(如HL400、HL401等须配氟化物钎剂QJ201)及传统TLP扩散焊所用中间层(如常见的Cu)的润湿性很差。由于铝基复合材料表面是金属基体(M)与增强相颗粒(P)混存的表面，所以铝基复合材料母材与金属钎料或中间层形成的界面可细分为两大类：金属基体/钎料金属(M/M)界面与陶瓷增强相颗粒/钎料金属(P/M)界面。其中，因陶瓷增强相的存在而形成的P/M界面比M/M界面的润湿性更差，这对钎料的成分设计提出了新的挑战。
迄今为止，对于采用搅拌铸造方法制备的低体积分数铝基复合材料，广泛采用价廉的Cu箔作中间层进行TLP扩散焊，以利用Al-Cu共晶反应破除铝基体表面的氧化膜，但容易产生颗粒偏聚现象。另一方面，传统铝基钎料及Cu中间层在钎焊铝基复合材料时对陶瓷颗粒的润湿性差。由于以上种种原因，无法获得高质量的焊接接头。
当铝基复合材料中的SiC陶瓷增强相体积分数超过50％时，通常就被认为是高体积分数铝基复合材料。这种高体积分数的铝基复合材料在电子封装等领域被广泛应用，但是由于材料中过多的SiC陶瓷颗粒，导致可焊性极差。尤其对于钎焊与TLP焊接等焊接方法，大量的陶瓷强化相严重恶化了润湿性。
申请者前期研发了面向低体积分数10vol.％SiCp/ZL101复合材料的Al-Cu-Ti三元活性钎料。在钎焊实验中，Al-Cu-Ti钎料中的降熔元素Cu能通过Al-Si-Cu三元共晶反应使ZL101基体很好地溶解，故能在M/M界面获得优异的润湿性，同时活性元素Ti也使P/M界面能够呈现良好的润湿性，因之可获得极佳的接头性能(剪切强度可达母材强度的99％)。但是将该Al-Cu-Ti钎料用于压力浸渗制备的高体积分数铝基复合材料70vol.％SiCp/ZL101时，发现大量的P/M界面存在因不良润湿性而导致的间隙；同时低温时(560℃)许多M/M界面也存在润湿性较差的现象；高温时(600℃)，液相易被挤出反而使接头强度降低，接头剪切强度整体较低，仅为30MPa左右。
前期实验表明，高体积分数陶瓷对润湿性的影响与低体积分数陶瓷有一定差别：低体积分数陶瓷导致界面存在难以润湿的P/M界面，但尚未对M/M界面润湿性造成危害(Cu箔能顺利熔化并部分存留)；高体积分数陶瓷不仅大幅增加了难以润湿的P/M界面的总数量与所占比率，同时严重恶化了“小尺度基体”与金属钎料(M/M)界面间的润湿性(虽然Cu箔能够借助共晶反应顺利熔化，但是液相会被大量挤出焊缝)。这是由于大量的陶瓷颗粒阻碍了位于其间的微米尺度范围的金属基体的膨胀量，导致氧化膜胀裂困难，影响了M/M界面润湿性，这一特点与低体积分数复合材料不同。据此，申请者提出了高体积分数铝基复合材料“基体去膜方面的尺度效应”这一学术观点，并认为即便对于高体积分数铝基复合材料，M/M界面的润湿性的重要性不容忽视，仍然应放在第一位考虑。
对于高体积分数铝基复合材料，润湿性差的原因除了大量存在的P/M界面外，还有更为关键的不同于低体积分数情况的两方面原因：1)M/M界面氧化膜胀裂受到大量陶瓷相限制；2)如果反应较快的M/M界面未被润湿，则液相难以在压力下留存于焊缝中，而反应缓慢的P/M界面需要液相存留较长时间才能被润湿。因此现有活性钎料因“小尺度基体区”(mm级以下，约5～50微米)表面氧化膜受制于大量陶瓷相的存在而难以涨裂，从而影响降熔元素对“小尺度基体区”的去膜与润湿的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有活性钎料因“小尺度基体区”(mm级以下，约5～50微米)表面氧化膜受制于大量陶瓷相的存在而难以涨裂，从而影响降熔元素对“小尺度基体区”的去膜与润湿的问题，提供了一种高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料及其制备方法，采用该铝基活性钎料在焊接时可以同时有效地改善钎料对陶瓷增强相及小尺度基体区的润湿性，钎焊接头的剪切强度高，并且制备方法简单。
为达到上述目的，本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料由Cu元素、Mg元素、Ti元素及Al元素组成，其中所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为(18-40)％、(0.5-10)％及(0.1-10)％，Cu元素及Mg元素均为双重降熔元素，Ti元素为高温活性元素。
所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的熔化范围为504℃～600℃。
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，最后自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后铸锭的熔体吹出至旋转水冷铜辊表面，得到高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为(18-40)％、(0.5-20)％及(0.1-10)％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至700-900℃进行熔化，保温20-40min后加入Mg块，然后再进行保温10-20min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至850-900℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为8-16.5m/s。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料针对高体积分数铝基复合材料中大量存在的SiC陶瓷相使得M/M界面氧化膜胀裂与去膜困难，液相易被挤出，在钎缝中存留时间过短，则钎焊过程中液相和P/M界面接触时间过短，导致P/M界面也不能润湿的问题，提出了添加Cu元素、Mg元素来优先改善M/M界面润湿性的技术方案；同时避免液相被挤出钎缝，延长P/M界面润湿反应时间，进而达到改善P/M界面润湿性以及接头性能的双重目的。根据Mg元素具有通过化学机制去膜的能力使氧化膜由连续的膜状变为粒状；Cu元素通过与基体金属形成液相来去除氧化膜；而且Mg元素为降熔元素，因此Mg元素与Cu元素共同进一步降低膜下液化所需温度，因此即使在金属基体热膨胀量受到大量陶瓷相严重制约的不利情况下，仍然能够通过多元反应保证有效的去膜作用，从而有效地改善钎料对陶瓷增强相的润湿性，并且钎焊接头剪切强度最高可达74MPa；另外，在制备高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的过程中，先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金熔化，再加入Mg块，得铸锭，然后再将铸锭放置到容器中，并将容器固定在旋转的水冷铜辊上，熔化铸锭后将其吹出，即可完成高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料制备，制备过程简单，实用性强。
附图说明
图1(a)为采用本发明制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-33Cu-6Mg-1Ti四元铝基活性钎料的接头剪切强度-温度曲线图；
图1(b)为采用现有的Al-33Cu-1Ti钎料的接头剪切强度-温度曲线图；
图2(a)为560℃采用本发明制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-33Cu-6Mg-1Ti四元铝基活性钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图2(b)为在560℃采用原有的Al-Cu-Ti钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图2(c)为在580℃采用本发明制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-33Cu-6Mg-1Ti四元铝基活性钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图2(d)为在580℃采用原有的Al-Cu-Ti钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图2(e)为在600℃采用本发明制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-33Cu-6Mg-1Ti四元铝基活性钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图2(f)为在600℃采用现有的Al-Cu-Ti钎料焊接的高体积分数铝基复合材料钎缝的组织放大图；
图3(a)为采用本发明Al-33Cu-6Mg-1Ti四元活性钎料所得的高体积分数铝基复合材料接头钎缝及界面组织图，其中，焊接过程中参数为600℃×0.5MPa×30分：钎料未被挤出；5000倍下各类界面致密；
图3(b)为采用本发明Al-33Cu-6Mg-1Ti四元活性钎料所得的高体积分数铝基复合材料接头内较薄钎缝处P/M界面过渡层图，其中，焊接过程中参数为600℃×0.5MPa×30分；
图3(c)为采用本发明Al-33Cu-6Mg-1Ti四元活性钎料所得的高体积分数铝基复合材料接头内高倍M/M界面放大图，其中，焊接过程中参数为600℃×0.5MPa×30分：去膜与致密性良好；
图3(d)为采用本发明Al-33Cu-6Mg-1Ti四元活性钎料所得的高体积分数铝基复合材料接头内高倍P/M界面放大图，其中，焊接过程中参数为600℃×0.5MPa×30分：10000倍下P/M界面亦无间隙。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例一
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-STi合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为18％、0.5％及0.1％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至800℃进行熔化，保温23min后加入Mg块，然后再进行保温13min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至870℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为13m/s。
实施例二
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为40％、20％及10％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至760℃进行熔化，保温32min后加入Mg块，然后再进行保温18min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至870℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为14m/s。
实施例三
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为20％、5％及2％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至830℃进行熔化，保温25min后加入Mg块，然后再进行保温13min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至860℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为10m/s。
实施例四
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为25％、10％及5％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至850℃进行熔化，保温30min后加入Mg块，然后再进行保温16min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至890℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为13m/s。
实施例五
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为30％、13％及7％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至880℃进行熔化，保温35min后加入Mg块，然后再进行保温12min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至880℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为10m/s。
实施例六
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为35％、18％及8％。
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至700℃进行熔化，保温40min后加入Mg块，然后再进行保温20min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至850℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为16.5m/s。
实施例七
本发明所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，再自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后的铸锭吹出，得高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为33％、6％及1％，
步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至900℃进行熔化，保温20min后加入Mg块，然后再进行保温10min。
步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至900℃熔化容器内的铸锭。
步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为8m/s。
需要说明的是，本发明制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的熔化范围为504℃～518℃。
以下将通过实验来测量实施例七制备的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的性能，具体如下：
选用用压力浸渗制备的70％高体积分数SiCp/ZL 101铝基复合材料为复合材料母材，其中复合材料母材的剪切强度为115MPa，高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的厚度为80μm、宽度为10mm，复合材料母材的选用长宽高分别为15mm、15mm及3mm或长宽高分别为7.5mm、7.5mm及3mm两种，并与现有的Al-Cu-Ti钎料进行对比分析。
焊接前用砂纸打磨复合材料母材表面，然后在无水乙醇中对复合材料母材进行超声清洗。焊接接头形式为搭接，将钎料预置于上下复合材料母材之间，放置于流动Ar气保护气氛的钢套中，从上方施加0.5MPa恒定压力。采用感应加热方式加热钢套，热电偶测量钢套内温度使其达到焊接温度，保温30分钟，焊接温度选用560℃、580℃以及600℃三个温度。
参考图1(a)和图1(b)，本发明在600℃时接头剪切性能大幅度提高，与560℃时接头剪切强度相比提高近100％，平均值为62MPa，最高强度可达73MPa。而现有的Al-Cu-Ti钎料应用于高体积分数铝基复合材料时接头剪切强度仅为30MPa左右。
参考图2(a)、图2(b)、图2(c)、图2(d)、图2(e)及图2(f)，可以发现在三个不同焊接温度下，本发明制备的钎料润湿性都比较理想。但是在560℃下，焊缝中P/M界面仍然存在一定数量的孔隙，M/M界面有部分区域焊合不致密，当温度提高到580℃和600℃时，P/M和M/M界面致密性大幅度提高，原始M/M界面完全消失，氧化膜破除非常彻底。这表明本发明制备的钎料在焊接高体积分数铝基复合材料时能够获得优良致密的钎缝。反观现有的钎料获得的接头焊缝组织，虽然580℃下界面基本致密，但是在560℃下，P/M和M/M界面都存在因润湿性不良而导致的界面间隙；在600℃下，同样由于润湿性较差，钎缝金属无法在焊缝中存留，导致上下母材之间缺少钎缝金属而形成陶瓷颗粒直接接触的P/P界面，严重损害焊缝性能。
参考图3(a)、图3(b)、图3(c)及图3(d)，P/M界面即使在10000倍的高放大倍数下仍然看不到界面间隙，同时陶瓷颗粒表面形成了一层均匀的过渡层。M/M界面同样十分致密，原始界面已经消失，组织均匀一致。高倍数下的组织与接头的剪切性能相一致，正是由于本发明制备的钎料对M/M界面和P/M界面良好的润湿性，获得了致密的界面，大幅提高了接头的剪切强度。

Claims (6)

1.一种高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其特征在于，由Cu元素、Mg元素、Ti元素及Al元素组成，其中所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为(18-40)％、(0.5-10)％及(0.1-10)％，Cu元素及Mg元素均为双重降熔元素，Ti元素为高温活性元素。
2.根据权利要求1所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其特征在于，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的熔化范围为504℃～600℃。
3.一种高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)取一定量的Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金，再去除Cu块、Al块、Mg块及Al-5Ti合金表面的油污及氧化膜，超声清洗后吹干，然后再熔炼，最后自然冷却至室温，得铸锭，其中，熔炼在氩气的保护下进行，熔炼的具体过程为：先将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热熔化，保温后加入Mg块，再进行保温；
2)将步骤1)得到的铸锭放置到容器内，再在氩气的保护下加热熔化容器内的铸锭，并通过氩气将熔化后铸锭的熔体吹出至旋转水冷铜辊表面，得到高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料，其中，所述高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料中Cu元素的质量分数、Mg元素的质量分数及Ti元素的质量分数分别为(18-40)％、(0.5-20)％及(0.1-10)％。
4.根据权利要求3所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法，其特征在于，步骤1)中将Cu块、Al块及Al-5Ti合金放置到坩埚中加热至700-900℃进行熔化，保温20-40min后加入Mg块，然后再进行保温10-20min。
5.根据权利要求3所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法，其特征在于，步骤2)中将容器固定在旋转的水冷铜辊上，然后再在氩气的保护下加热至850-900℃熔化容器内的铸锭。
6.根据权利要求3所述的高体积分数铸铝基复合材料的Al-Cu-Mg-Ti四元活性钎料的制备方法，其特征在于，步骤3)中旋转的水冷铜辊的表面的线速度为8-16.5m/s。
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