鎂-鋁異種金屬焊接金屬間化合物產(chǎn)生與性能控制研究.pdf

1、本文以兵器鎂/鋁復(fù)合裝甲為背景，針對變形鎂、鋁合金焊接金屬間化合物控制難題，提出了界面熔合控制抑制金屬間化合物產(chǎn)生的研究思路，通過冷金屬過渡控制界面液相混合的CMT和無液相混合的擴散焊工藝方法，研究鎂/鋁異種接頭金屬間化合物產(chǎn)生規(guī)律和控制方法，探討其產(chǎn)生、分布特征與接頭性能之間的關(guān)系規(guī)律。
　　 采用鋁硅焊絲CMT控制界面熔合，研究了無中間層條件下鎂/鋁界面熔合區(qū)金屬間化合物分布特征及其與性能的關(guān)系。填充金屬與鎂母材聯(lián)生結(jié)晶，其

2、分布規(guī)律為鎂側(cè)熔合區(qū)Mg17Al12、 Mg2Al3、 Mg2Si的多臺階分布，熔合區(qū)近鎂側(cè)熔合線處為粒狀Mg2Si彌散分布在α鎂基固溶體中，熔合區(qū)近焊縫處為γ(Mg17Al12)、β(Mg2Al3)和α鎂基固溶體的柱狀共晶組織。接頭抗拉強度15MPa，脆性斷裂發(fā)生在鎂側(cè)熔合區(qū)。
　　 在此基礎(chǔ)上，提出了銅焊絲填充、CMT界面熔合控制的技術(shù)思路，研究了銅中間層的CMT熔合區(qū)鎂、鋁液相界面行為，金屬間化合物產(chǎn)生、分布特征規(guī)律。鋁側(cè)

3、熔合區(qū)產(chǎn)生了交錯分布的AlCu，CuAl2，Cu9Al4;焊縫區(qū)組織為Cu基固溶體，含1-2％的鋁、鎂，未產(chǎn)生金屬間化合物;鎂側(cè)熔合區(qū)產(chǎn)生了塊狀分布的Cu2Mg和片層狀分布的Mg2Cu。實現(xiàn)了無Mg17Al12、Mg2Al3的鎂/鋁熔化焊接，抗拉強度提高到34.7MPa，脆性斷裂發(fā)生在鎂側(cè)熔合區(qū)域。同時，建立了銅中間層的鎂/鋁CMT熔焊接頭“形成模型”即“鎂/銅/鋁凝固模型”。
　　 為進一步分析探討界面液相混合特征，本文以鍍鋅

4、鋼板為中間層連接鎂鋁異種金屬，研究了鋅中間層鎂/鋼、鋁/鋼焊縫金屬間化合物的產(chǎn)生與分布規(guī)律。鎂/鋼界面處存在10-20μm厚度的界面反應(yīng)層，由a(Mg)、Mg51Zn20、 MgZn2和MgZn組成;焊縫為鎂含鋅1％固溶體，鐵未熔，焊縫不含鐵;鋁/鋼界面處存在一層1-2μm的反應(yīng)層，成分主要為鋁鐵系金屬間化合物;鋁/鋼/鎂搭接接頭剪切結(jié)合強度最大為25.8MPa，斷裂在鎂/鋼界面反應(yīng)層。
　　 為了進一步探討鎂/鋁界面熔合擴散過

5、程，通過擴散焊工藝研究無液相混合條件下鎂、鋁金屬間化合物的形成、產(chǎn)生與分布規(guī)律。試驗證實，固相擴散條件下，AZ31B與6061產(chǎn)生了多層金屬間化合物結(jié)構(gòu)。在160MPa壓力下，440℃時擴散層為Mg2Al3和Mg17Al12二層結(jié)構(gòu)，結(jié)合強度37MPa，斷在Mg17Al12層;460℃以上時，擴散層為Mg2Al3、Mg17Al12和α鎂基固溶體+Mg17Al12三層結(jié)構(gòu)，結(jié)合強度低于20MPa，斷在α鎂基固溶體+Mg17Al12層，且隨

6、溫度升高，擴散層厚度增加，強度下降。
　　 在此基礎(chǔ)上進行了基于銅中間層的鎂鋁真空擴散焊研究，揭示了Mg/Cu/Al擴散焊界面金屬間化合物反應(yīng)層生長機理:Mg側(cè)界面，先在近銅側(cè)生成Cu2Mg相，近鎂側(cè)生成Mg2Cu相，隨溫度升高，Mg2Cu相的生成量大于Cu2Mg相，同時Mg2Cu相層轉(zhuǎn)變?yōu)镸g2Cu+Mg共晶層，Cu2Mg相層轉(zhuǎn)變?yōu)镃u2Mg+Mg2Cu共晶層和Cu2Mg+Mg2Cu+Mg共晶層;鋁側(cè)界面，首先在近銅側(cè)生成Cu