[发明专利]一种超声辅助钎焊固液界面熔融钎料中空化行为的原位可视化方法

说明书

本发明涉及一种超声辅助钎焊固液界面熔融钎料中空化行为的原位可视化方法。其适用于同步辐射成像的钎料和母材的尺寸及“三明治”耦合方式，通过耐高温超声振动系统施加超声场，耐温最高可达800℃，包括如下步骤：样品的制备；超声场施加的准备；整体成像装备的组装及熔融钎料中空化行为同步辐射成像可视化测定：尤其包括高温环境下超声场的施加，及样品母材和钎料的耦合方式及高温防氧化处理。本发明广泛应用于不同温度的钎料，对于进一步理解和完善超声辅助钎焊中空化效应破碎氧化膜，及促进钎料的润湿铺展过程，揭示钎料与母材(如铝合金、钛合金)钎焊过程的声致润湿物理机制，促进超声波辅助钎焊技术的工业应用起到重要意义。

技术领域

本发明涉及超声辅助钎焊的基础研究，尤其涉及一种超声辅助钎焊固液界面熔融钎料中空化行为的同步辐射成像可视化方法。

背景技术

近年来，国内外对超声辅助钎焊进行了探索性研究，发现了在钎焊过程辅以超声波，促进钎料合金与母材的润湿，实现了常规条件下界面非润湿或难润湿的受迫润湿。大多数研究者分析认为超声波通过空化效应和声流作用等可以部分去除氧化膜，促进钎料在基材表面的润湿、铺展和填缝，从而可以在非真空和无钎剂条件下实现同种或异种材料的连接。然而，声空化效果与液态金属的温度关系很大，已有研究表明，温度越高，空化效应越弱；加上钎料合金固有的不透明性，研究者们很难直接观察到超声场中钎焊过程中固液界面是否有空化效应发生。超声辅助钎焊过程中的基础研究，如母材表面状态对固/液及内部超声波传输、耦合规律的影响，超声场作用下自发或受迫润湿发生的条件，润湿的瞬态过程和平衡过程的物理本质，对学术上进一步理解/完善超声场下钎焊过程的声致润湿物理机制，工业上优化超声辅助钎焊技术及应用都具有重要意义。

通常采用分析最终成形组织的微观特征来推测金属熔体成形过程中可能发生的现象，进而推断超声效应的作用，均属于不确性较强的定性分析。因为超声场受材料结构及拘束条件影响很大，可能会造成实验所施加的声场不一致，更无法对超声辅助钎焊成形的动力学过程及空化行为进行实时观察，因此势必会造成一些重要动态信息的丢失；数值模拟技术可得到动态模拟结果，但缺乏可信的实验数据验证。研究者曾试图利用高速摄影方法对直接施加到母材上的钎料动态润湿、铺展过程成像观察，但由于无法直接观察到钎料内部的超声空化效应，对超声辅助金属熔体成形中受迫润湿铺展的机制的研究意义不大。而同步辐射光源具有高能量、高亮度、高分辨率及单色性好等优点，可透过合金进行成像，并已成功观察到熔融合金中的枝晶生长行为。因此，同步X辐射成像技术成为目前唯一可能实现实时观察超声场下固液界面熔融金属中空化行为的实验方法。

而超声场下固液界面熔融金属中空化行为的同步辐射可视化实验需要一套完善的实验装置和精确设计的样品来完成，其对能否取得良好的成像实验结果起着重要的作用。现有的用于超声辅助钎焊的超声振动系统通常只在室温下施加，难以在高温环境下正常工作，而传统的钎料和母材的耦合方式中尺寸过大、易移动，影响同步辐射X射线的透过及分析处理，不适用于同步辐射成像研究，从而限制了其应用范围和研究领域。

发明内容：

鉴于现有技术所存在的现有问题，本发明公开了一种超声辅助钎焊固液界面熔融金属中空化行为的同步辐射成像可视化方法，其通过一种小型电阻炉进行加热，采用一种耐高温超声振动系统直接施加超声到母材，解决了超声场下固液界面不同钎料合金，尤其是超声场下固液界面中高熔点钎料中空化行为的同步辐射成像可视化的限制。

一种超声辅助钎焊固液界面熔融钎料中空化行为同步辐射成像可视化方法通过用于同步辐射X射线成像的小型电阻炉加热，试样根据同步辐射X 射线对材料的透过率(透过率越高，样品分析越快，样品成像效果越好、拍摄速率越高)以及熔融钎料中空化气泡的平均尺寸(20-80μm)等因素，同时考虑到前期的试样中采用黏土、磷酸铝、石膏粉等粘接，在超声振动施加时易脱落，以及超声在母材中传输的规律，钎料合金厚度应低于300μm且与母材精密耦合、牢固连接，最终通过耐高温超声振动系统施加超声，耐温可达800℃，包括如下步骤：

第一步：样品制备