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冷凝器为制冷系统的主要部件,属于热交换器的一种,能将管内的热量通过管道迅速传递到管外,常用于空调、汽车、发电厂、电子器件以及其他工业场合。为进一步提升冷凝器的使用性能,使其能够在更加恶劣的环境下使用,可用不锈钢管代替铜管进行热交换。不锈钢与铜之间连接方式增加了钎焊难度,目前用于钎焊铜材冷凝器的Cu-P系列钎料无法完成薄壁不锈钢细管与铜的钎焊,需要寻找或研制新型钎料。为了完成新一代冷凝器的钎焊,本课题以Cu-Sn钎料为基础,对钎焊材料、工艺和机理做了一系列相关研究。课题采用自行搭建的气雾化制粉设备制备了4种铜基合金粉末,Sn含量在25-35%之间,Ni含量在3-10%之间。测试了制备的粉末物理及钎焊性能,合金粉末质量良好,表面未氧化,球形度较高,粉末颗粒度较细,-200目的粉末占60%以上。对制备的粉末进行DTA曲线分析,结果表明4种Cu-Ni-Sn合金粉末的熔化区间在780-850℃之间,当合金粉末中Ni含量较低时,在升温至500℃左右会有低熔点相析出,提高Ni含量则不会出现这种现象。漫流性试验结果表明4种Cu-Ni-Sn钎料的漫流性能良好,在Sn含量过高时易与铜母材出现熔蚀缺陷,添加微量Zr元素对漫流性产生的影响较小。接头剪切强度试验结果表明4种Cu-Ni-Sn钎料的剪切强度在53.7-68.5MPa之间,降低Sn含量以及增加Ni含量都可以提高剪切强度。添加微量元素Zr能够起到均匀组织、细晶强化的作用,接头剪切强度明显提升,当添加0.2%的Zr元素时,剪切强度提升20%左右。使用保护气氛炉中钎焊对薄壁不锈钢细管进行钎焊试验。钎焊过程中全程通氩气保护,流量为4L/min,以10℃/min的加热速度升至500℃保温10min,继续升至钎焊温度保温10min后随炉冷却,钎焊件需要焊前及焊后处理,钎料采用预置在钎焊间隙一边,水平放置的方式。采用上述钎焊工艺可获得良好的薄壁不锈钢细管钎焊件,在钎料中增加Ni元素含量能够提高与不锈钢表面的润湿性,消除因润湿性不足产生的焊接缺欠。上述结果表明,试制的钎料能够满足钎焊要求。在试验所用的各种钎料中,采用CuNiSn-3、CuNiSnZr-1、CuNiSnZr-2钎料获得钎焊接头效果较好。利用扫描电镜、能谱仪对薄壁不锈钢细管钎缝界面进行观察分析,发现当钎料中Ni含量较低时,Cu-Sn金属间化合物过多与不锈钢表面润湿不足,易形成焊接缺欠。当提高钎料中Ni含量后,与薄壁不锈钢细管表面润湿性改善,钎缝界面未见气孔、裂纹等缺欠。在钎料中添加微量Zr元素能够在钎料凝固时充当质点的作用,促进形核,使得组织分布均匀。当钎料中含有微量P元素时,P元素会聚集在不锈钢表面,与不锈钢中的Fe元素形成脆性化合物分布于不锈钢细管周围。钎料与母材结合良好,与铜母材形成了冶金结合,钎缝区域主要由三部分组成:一是在界面结合处连续分布的以Cu为基体的固溶体组织;二是钎料中心区域的亮白色组织,主要由电子相δ相(Cu31Sn8)、ε相(Cu3Sn)以及Ni3Sn等金属化合物组成;三是均匀分布于钎料中心的条状组织,主要为以Cu为基体的含Ni、Sn固溶体。