مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری جوشکاری ایران

اتصال غیرهمجنس آلومینا به مس با فلزات پرکننده فعال Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr با استفاده از فرایند لحیم-کاری سخت القایی بترتیب در دماهای 840 و 860 درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه انجام شدند. ریزساختار اتصالات با استفاده از میکروسکوپ نوری (OM) و میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) مورد مطالعه قرار گرفت. برای ارزیابی خواص مکانیکی از آزمون ریزسختی ویکرز و آزمون استحکام کشش برشی استفاده شد. بررسی های ریزساختاری نشان داد که اتصال Al2O3/Cu با استفاده از پرکننده های Ag-Cu-Ti-Sn و Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr منجر به تشکیل یک لایه واکنشی در فصل مشترک آلومینا و فلز پرکننده می شود. در لایه‌ی واکنشی اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn، دو فاز TiO و Cu3Ti3O و در اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr دو فاز TiO و ZrO2 مشاهده شد. نتایج آزمون استحکام برشی نشان داد که به دلیل ضخامت بیشتر فلز پرکننده و ضخامت کمتر لایه واکنشی، اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn-%3.5Zr استحکام برشی (14MPa) بالاتری نسبت به اتصال با فلز پرکننده Ag-Cu-Ti-Sn (9MPa) دارد.

لحیم‌کاری نرم از پرمصرف‌ترین فرایندهای اتصال‌دهی در صنعت الکترونیک است. بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی و همچنین کنترل تشکیل و رشد ترکیبات بین‌فلزی، زمینه‌ساز گسترش تحقیقات در زمینه کامپوزیت‌سازی شده است. توزیع یکنواخت از ذرات سخت در زمینه لحیم، ‌طوری‌که خواص فیزیکی و مکانیکی را بهبود بخشد می‌تواند معیاری موفقیت‌آمیز برای رسیدن به آلیاژهای لحیم کامپوزیتی باشد. در این پژوهش با بهره‌گیری از روش اتصال‌دهی نورد انباشتی (ARB)، کامپوزیت‌سازی آلیاژ لحیم نرم بدون سرب SAC0307 با استفاده از میکروذرات کبالت انجام شد. در ادامه جهت بررسی کارایی روش کامپوزیتی به کارگرفته شده، ورق‌های لحیم تولید شده به این روش از نظر ریزساختاری، مکانیکی و فیزیکی مورد بررسی قرار گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان‌دهنده توزیع مناسب ذرات تقویت کننده کبالت درزمینه لحیم بعد از3 پاس ARB بود. همچنین، با افزایش درصد کبالت اندازه ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 در آلیاژ لحیم غیرکامپوزیتی ازµmم9 به µmم5 در آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت کاهش یافت. در ادامه با بررسی تغییرات شکل و اندازه دانه های β-Sn، وقوع و تسریع فرایند‌های ترمیمی (بازیابی و تبلور مجدد) با حضور ذرات تقویت کننده کبالت در زمینه لحیم نشان داده شد. بررسی‌های خواص مکانیکی ورق‌های تولید شده، افت 20 درصدی استحکام مکانیکی اتصال بین لایه‌های ورق لحیم کامپوزتی را نشان داد. همچنین، نتایج آزمون کشش نشان‌دهنده افزایش 28 درصدی استحکام کششی و کاهش 31 درصدی ازدیاد طول آلیاژ لحیم کامپوزیتی با 1 درصد وزنی کبالت است. از طرفی نتایج آزمونDSC، تغییر ناچیز دمای ذوب ورق‌های آلیاژ لحیم کامپوزیتی را نشان داد.

در این پژوهش فولاد زنگ‌نزن 316L و سرمت WC-10Co توسط روش اتصال فاز مایع گذرا با استفاده از لایه میانی BNi-2 در دو ضخامت 25 و 50 میکرومتر به یکدیگر متصل شدند. فرایند اتصال نمونه‌ها در دمای 1050 درجه سانتی‌گراد و در زمان‌های نگهداری 1، 15 و 30 دقیقه انجام شد. پس از انجام عملیات اتصال ریزساختار اتصالات ایجاد شده با استفاده از میکروسکوپ نوری و میکروسکوپ الکترونی روبشی مجهز به سیستم آنالیز تفکیک انرژی مورد بررسی قرار گرفت. آزمایش‌های ریزسختی سنجی و تنش کششی-برشی نیز جهت مطالعه رفتار مکانیکی نمونه‌ها انجام گرفت. بررسی‌های ریزساختاری نشان داد که مکانیزم شکل‌گیری ناحیه انجمادی در تمامی نمونه‌ها، مکانیزم انجماد همدما بوده و در اثر انجام اتصال یک ناحیه انجمادی همدما ایجاد می‌شود. همچنین تنها فاز موجود در منطقه انجمادی هم دما محلول جامد پایه نیکلی بود. در منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده پایه فولادی فارغ از ضخامت لایه میانی بورایدهای کمپلکس و در منطقه متأثر از نفوذ سمت ماده WC-Co فاز ترد و شکننده اتا ایجاد شد. بررسی ریزسختی نمونه‌ها نشان داد که حداکثر سختی در تمامی نمونه‌ها متعلق به ماده پایه WC-Co و در حدود 1100 ویکرز بوده که دلیل آن وجود ذرات سخت WC بود. همچنین حداکثر استحکام کششی-برشی حدود 240 مگاپاسکال و متعلق به نمونه متصل شده در زمان 15 دقیقه با استفاده از لایه میانی با ضخامت 50 میکرومتر بود.

در این پژوهش، کامپوزیت مس-نقره-کاربید سیلیسیم با استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی ساخته شد. ذرات تقویت کننده SiC در ابعاد نانو و میکرو استفاده شدند. به منظور ارزیابی خواص ریزساختاری از آنالیز پراش پرتو ایکس، میکروسکوپ الکترونی روبشی و میکروسکوپ نوری استفاده شد. ارزیابی خواص مکانیکی از طریق میکروسختی سنجی، آزمایش کشش و از آزمایش پین بر روی دیسک برای ارزیابی رفتار سایشی کامپوزیت استفاده شد. نتایج آنالیز اشعه ایکس حضور دو فاز زمینه محلول جامد CuAg به همراه ذرات SiC را آشکار کرد که نشان‌دهنده تشکیل کامپوزیت Cu-Ag-SiC بود. این موضوع حاکی از کاهش اندازه دانه زمینه CuAg بود. استفاده از فرایند اصطکاکی هم‌زدنی FSP در حضور ذرات تقویت کننده و بدون آن منجر به کاهش اندازه بلورک و میانگین اندازه دانه نسبت به نمونه بدون FSP شد. به طوری‌که اندازه دانه نمونه بدون FSP و نمونه FSP شده بدون ذرات تقویت کننده و با ذرات تقویت کننده نانو به ترتیب در حدود3/46، 2/19 و 6/3 میکرومتر بدست آمد. کاهش اندازه دانه، ریزتر شدن ذرات تقویت کننده کاربید سیلیسیم از میکرو به نانو و افزایش کسرحجمی ذرات تقویت‌کننده بیشترین تاثیرات را بر میزان سختی گذاشتند به نحوی‌که استفاده از ذرات میکرو در کسر حجمی بیشتر، سختی به بالاترین مقدار خود یعنی 123 ویکرز رسید. سایش در نمونه قبل از FSP به علت ماهیت نرم بودن آن از نوع سایش چسبان و بعد از FSP در نمونه بدون ذرات تقویت کننده سایش چسبان کاهش پیدا کرد و در اثر افزودن ذرات تقویت کننده میکرو و نانومتری کاربید سیلیسیم به طور کلی مکانیزم سایش به خراشان تغییر پیدا کرد. به عنوان یک نتیجه کلی می‌توان بیان نمود که استفاده از ذرات تقویت کننده نانومتری کاربید سیلیسیم بوسیله فرایند اصطکاکی هم زدنی منجر به تولید کامپوزیت  Cu-Ag-SiC با خواص مکانیکی بالا می‌شود.

روش‌های ساخت افزودنی شاهد پیشرفت‌های زیادی در سال‌های اخیر بوده است ولی پژوهش کافی برای اتصال این قطعات با آلیاژهای مرسوم انجام نشده است. مطالعه حاضر برای ارزیابی اتصال بین فولاد زنگ‌نزن آستنیتی 316L و آلیاژ Ti-6242 ساخته شده به روش ذوب پرتوی الکترونی، با استفاده از روش فاز مایع گذرا، انجام شد. اتصال فاز مایع گذرا با استفاده از لایه میانی مس و فراوری در کوره خلاء انجام، و تاثیر زمان فرایند و زبری سطح بر کیفیت اتصال بررسی شد. برای مشخصه‌یابی نمونه‌ها از بررسی‌های ریزساختار نوری و الکترونی روبشی، پراش اشعه ایکس، استحکام برشی و زبری‌سنجی استفاده شد. نتایج نشان داد که با کاهش زبری سطح، استحکام برشی افزایش می‌یابد. همچنین مدت زمان فرایند، تأثیر قابل‌توجهی بر نفوذ عناصر، تشکیل ترکیبات بین‌فلزی مانند FeTi و TiCu و استحکام برشی اتصالات داشت. بالاترین استحکام برشی اتصال برابر با ۲۰۰ مگاپاسکال و در شرایط آماده‌سازی سطح سنباده‌زنی و پولیش شده و اتصال در دما و زمان 980 درجه سانتی‌گراد و 120 دقیقه به دست آمد.