מחקר על תהליך הלחמה חדש של מתכות שונות בסגסוגת אלומיניום 6063/אָדוֹםמפרק נחושת
תקציר: פותח תהליך הלחמה חדש עם מתכת שונה עבור סגסוגת אלומיניום 6063/מפרק נחושת אדומה. שיטה זו משתמשת בחוט זרימת אבץ-אלומיניום כחומר ריתוך, משלבת את המאפיינים של ריתוך והלחמה TIG, ויש לה את היתרונות של תפעול נוח ויעילות גבוהה. הרטיבות, חוזק הגזירה ומבנה המיקרו של המפרק נותחו על ידי השוואה עם הלחמה מסורתית בכבשן. התוצאות מראות שתהליך ההלחמה החדש יכול לממש ביעילות את הריתוך של סגסוגת אלומיניום 6063/מפרק נחושת אדומה, ולהשיג חוזק גזירה גבוה יותר של המפרק, עד 70.2 N/mm2.
מילות מפתח: מפרק נחושת אלומיניום; הלחמה; חוט הלחמה עם ליבות שטף; מתכת מילוי אלומיניום zine.
אלומיניום ונחושת נמצאים בשימוש נרחב בתחומים כמו העברת חשמל, חילופי חום וצרכי היומיום בשל מוליכותם החשמלית והתרמית הטובה. בהשוואה לשניים, המוליכות החשמלית והתרמית של האלומיניום לא טובה כמו נחושת.
מחיר השוק של אלומיניום הוא 1/3 מנחושת, וצפיפות האלומיניום היא רק 1/3 מנחושת.
מבלי להתייחס לתכונות מכניות ותכונות אלקטרו-תרמיות, העלות של חומרי אלומיניום עבור אותם רכיבים היא 1/9 מחומרי נחושת. לכן, אנשים משתמשים בטכנולוגיה של "החלפת אלומיניום בנחושת" בתעשיות רבות כדי להפחית את עלויות הייצור, כמו הכנת מכשירים מיקרואלקטרוניים, ציוד אנרגיה, סוללות לרכב היברידי וסוללות אנרגיה." ישנן דרכים רבות לחבר אלומיניום לנחושת, החל מתהליך והחל מהיבטים שונים כגון חומרים, ניתן להשתמש בריתוך היתוך והלחמה ביניהם, ריתוך היתוך של חיבורי אלומיניום/נחושת הוא בעל יעילות ייצור גבוהה וצורה יפה, אך החיבורים הם שבירים, בעלי חוזק נמוך ונוטים ל. סדקים; שיטת ההלחמה נשלטת בקפדנות תחת הנחת היסוד של שיפור הרכב ההלחמה ותהליך ההלחמה, ניתן להשיג חיבורי נחושת/אלומיניום עם ביצועים מעולים של שיטות הלחמה מסורתיות מהווה מכשול לקידום שלה בעיה גדולה.
ניסוי זה מאמץ תהליך הלחמה חדש, המשתמש בחוט הלחמה בעל ליבות שטף כחומר הריתוך, להבה כמקור החום, ושיטת פעולת ריתוך קשת טונגסטן ארגון, על מנת להשיג חיבור יעיל של מפרק סגסוגת אלומיניום 6063/מפרק נחושת אדומה.
חומרים ושיטות בדיקה:
חומרי לוח הבדיקה המשמשים בבדיקה זו הם סגסוגת אלומיניום 6063 ונחושת אדומה. חומרי ההלחמה הם Zn75Al25 ו-Zn92AI8, שני חוטי הלחמה עם ליבות שטף אבץ-אלומיניום, והלחמת ליבה מוצקה אבץ-אלומיניום עם רכיבים מתאימים. השטפים הם כולם CsF-AlF, שהוא שטף לא קורוזיבי בטמפרטורה בינונית.
מניתוח תוצאות הבדיקה, יכולת ההרטבה של הלחמת חוט הלחמת השטף על סגסוגת אלומיניום 6063 ונחושת אינה שונה בהרבה מזו של ההלחמה המכסה את השטף. זה נובע מנקודת ההיתוך הנמוכה יותר של סגסוגת האבץ-אלומיניום. לאחר התכה מהירה בטמפרטורה גבוהה, השטף מתנזל בזמן ומסיר ביעילות את תחמוצות פני השטח של המתכת הבסיסית, מה שמבטיח את יכולת ההרטבה של ההלחמה למתכת הבסיס. בהשוואה ל-Zn92Al8, ל-Zn75Al25 יכולת הרטבה טובה יותר בין אם על צלחת סגסוגת אלומיניום 6063 או צלחת נחושת. שניהם יכולים להתפשט היטב על סגסוגת אלומיניום 6063. עם זאת, הרטיבות על נחושת אדומה היא ממוצעת. שטח ההתפשטות של Zn75Al25 הוא כ-50 מ"מ, וזה מקובל, בעוד של Zn92Al8 הוא רק כ-30 מ"מ, מה שעלול לגרום בקלות לפגמים במהלך ההלחמה. ניתן לראות שככל שתכולת האבץ עולה, יכולת ההרטבה של ההלחמה על הנחושת הופכת גרועה יותר. הסיבה לכך היא שבנוסף למתח פני השטח, הגורמים המשפיעים על יכולת ההרטבה בין ההלחמה הנוזלית למתכת הבסיס הם חשוב יותר הקשר בין ההלחמה למתכת הבסיס. יסודות האלומיניום והאבץ בהלחמה יתקשרו זה עם זה. המתכת הבסיסית הנחושת מגיבה ליצירת תרכובות בין-מתכתיות. יכולת ההתפשטות של הלחמת אבץ-אלומיניום על נחושת קשורה לצורה ולכמות של תרכובות בין-מתכתיות המיוצרות. כאשר תכולת האלומיניום נמוכה, ייווצרו תרכובות בין מתכתיות נחושת-אבץ, בעלות נקודת התכה גבוהה. כאשר הם נוצרים, הם יגדלו בדנדריטים ויורה, מה שיפריע להתפשטות של הלחמה נוזלית.
ניתן לראות מתוצאות הבדיקה כי בהלחמת חיבורי סגסוגת אלומיניום 6063/נחושת אדומה בהלחמות שונות, חוזק הגזירה של החיבורים המתקבל בתהליך ההלחמה החדש גדול מזה המתקבל בשיטת הלחמת הלהבה המסורתית. חוזק הגזירה של המפרק המתקבל על ידי שימוש בחוט הלחמה עם ליבות שטף Zn75Al25 הוא הגבוה ביותר, שהוא 70.20 N/mm2.
מניתוח תהליך, כאשר נעשה שימוש בתהליך ההלחמה המסורתי להלחמת תנור, מתכת המילוי והשטף מונחים על לוחית הבדיקה מראש. לאחר שמתכת מילוי ההלחמה נמסה בטמפרטורה גבוהה, היא מסתמכת על יכולת ההרטבה שלה למתכת הבסיסית שתזרום באופן ספונטני לתוך תפר ההלחמה כדי להשלים את חיבור ההלחמה. במהלך תהליך זה, גורמים כגון איכות פני השטח של המתכת הבסיסית, רמת המיקום של לוחית הבדיקה ומרווח תפר ההלחמה ישפיעו כולם על איכות הריתוך. בשל יכולת ההרטבה הירודה של Zn92Al8 על נחושת, חוזק הגזירה של המפרק הוא רק 26.96 N/mm, ופגמים כגון חוסר איחוי חלקי של המפרק נוטים להתרחש. בתהליך ההלחמה החדש נעשה שימוש במילוי תיל ידני, קל לתפעול ודומה לפעולת ריתוך קשת ארגון בשיטת ריתוך היתוך. לכן, זה יכול למנוע ביעילות את ההשפעות של פערי תפר הלחמה ואפקטים אחרים, וליצור ריתוך שמנמן ויפה. מכיוון שמילוי חוט והוספת שטף מתבצעים בו זמנית, היחס בין הלחמה לשטף קבוע מדעית, מה שמפחית גם את פגמי הריתוך הנגרמים כתוצאה מפעולה לא נכונה. לכן, מבחינת שיטות תהליך, לתהליך ההלחמה החדש יש גמישות, יציבות ואמינות טובים יותר מהלחמת תנור מסורתית.
מניתוח של חומרי הלחמה, חוזק הגזירה של מפרקים באמצעות הלחמה Zn75Al25 גבוה מזה של הלחמה Zn92Al8. מצד אחד, הסיבה לכך היא שביצועי ההרטבה של Zn75A125 על סגסוגת אלומיניום 6063 ונחושת טובים יותר מאלו של Zn92Al8. במהלך הריתוך, הלחמה קל יותר לזרום ולהרטיב בתפר ההלחמה; מצד שני, חוזק הגזירה של המפרק הוא הביטוי המקרוסקופי של המיקרו-מבנה של תפר ההלחמה, ונדרשת התבוננות וניתוח נוסף של המיקרו-מבנה של המפרק.
סיכום:
עבור חומרי הלחמה מאותו הרכב, מפרק סגסוגת אלומיניום/נחושת 6063 המתקבל בתהליך ההלחמה החדש הוא בעל מבנה עדין וצפוף יותר וחוזק גזירה גבוה יותר מאשר המפרק המולחם בכבשן מסורתי; חומר הלחמה Zn78A122 על נחושת ואלומיניום יכולת הרטיבות וחוזק הגזירה של המפרק גבוהים מאלה של מפרק הלחמה Zn92AI8.
המבנה של מפרק סגסוגת אלומיניום/נחושת 6063 תוך שימוש בתהליך ההלחמה החדש Zn75Al25 בצד האלומיניום של תפר ההלחמה הוא התפלגות רשת לבנה של משקעים עטופים באוטקטיקה שחורה (אקס+ zm); המבנה בצד הנחושת הוא תרכובת ממשק תמיסת מוצקה של אלומיניום נחושת-אבץ, מבנה z מסיבי לבן ומבנה דנדריטי, והשאר הם מספר רב של אוקטיקה שחורה (גרזן1+ zm).
תהליך ההלחמה החדש יכול לממש ביעילות את הריתוך של חיבורי סגסוגת אלומיניום 6063/נחושת אדומה, עם תפעול קל, יעילות ריתוך גבוהה וחוזק גזירה גבוה של מפרקים, עד 70.2 N/mm2.
