過渡層在鋁-鋼攪拌摩擦釬焊中的作用.pdf

1、本文采用攪拌摩擦釬焊(FSB)技術(shù)，對工業(yè)純鋁板和低碳鋼板進(jìn)行了連接，為抑制釬縫界面間化合物的生成，通過電化學(xué)鍍覆的方法在鋼板表面添加了過渡層金屬，對釬焊接頭進(jìn)行了力學(xué)性能測試，并與未添加任何過渡層金屬的接頭進(jìn)行對比。通過SEM和EDS等分析試驗(yàn)方法對接頭界面的形貌和微觀組織進(jìn)行了觀察和分析，來進(jìn)一步揭示其連接機(jī)理，分析了過渡層金屬對接頭使用性能和微觀組織的影響。通過試驗(yàn)研究有如下發(fā)現(xiàn):
　　鋁/鋼攪拌摩擦釬焊中，可以采用鋅基（純

2、鋅）釬料進(jìn)行連接，該釬料在連接過程中具有良好的潤濕性，焊后接頭試樣在抗拉剪試驗(yàn)時(shí)可在鋁母材處斷裂，焊后鋁母材抗拉強(qiáng)度可達(dá)到焊前的70％以上。接頭撕裂試驗(yàn)表明，在未添加過渡金屬層時(shí)，接頭極易在界面處撕開，且抗撕裂載荷強(qiáng)度較低。
　　通過連接工藝的試驗(yàn)和分析，鋁鋼異種金屬連接攪拌摩擦釬焊工藝參數(shù)為，工具下壓量0.1～0.4mm之間，預(yù)熱時(shí)間為10～20s，工具旋轉(zhuǎn)速度1300～1500 rpm，焊接速度40mm/min左右。
　

3、　添加過渡金屬鎳以及鎳/銅復(fù)合層后，接頭的力學(xué)能較為優(yōu)良，拉剪試樣均斷裂在鋁母材上，縱向撕裂試樣最終失效在焊縫表面的鋁材上，其中添加復(fù)合鍍層橫向撕裂試樣最終也在鋁材表面上失效，而未添加任何過渡金屬的試樣則在界面處撕開，添加過渡金屬的接頭抗撕裂性能好于未加任何過渡層的接頭。
　　添加鎳過渡層后，接頭中心區(qū)域界面幾乎不生成Al-Fe金屬間化合物，主要生成了較薄的Al-Ni間化合物，而在接頭邊緣區(qū)域較易生成Al-Fe間化合物;鎳層在中心

4、區(qū)域存在較為穩(wěn)定，厚度及擴(kuò)散分布也較為致密和均勻，起到了很好的保護(hù)作用，但是從過渡區(qū)開始到邊緣區(qū)，由于熱輸入量的逐漸增加，鎳層開始逐漸較少直至消失，失去了保護(hù)作用。
　　添加鎳/銅復(fù)合金屬過渡層后，接頭界面的中心區(qū)域組織非常致密，分布也較為均勻;銅過渡層向釬料和釬縫中心實(shí)現(xiàn)了一定量的溶解和擴(kuò)散，形成富鋅相，在中心區(qū)域含量很少，絕大部分隨液相的Zn-Al合金從接頭中心排出，并在邊緣區(qū)域大量聚集;界面生成少量的Al-Cu間化合物，在中

5、心區(qū)域較為聚集，而在邊緣區(qū)較為稀疏分散;鎳過渡層在整個(gè)接頭界面擴(kuò)散分布均勻，對鋼基體起到了很好的保護(hù)作用;接頭界面幾乎未出現(xiàn)脆性的Fe-Al化合物，鋅在接頭中心區(qū)域熔化時(shí)對焊縫起到了保護(hù)作用，抑制了Al-Cu化合物的生成過厚，同時(shí)鋅溶解了一定量的鋁和銅，對鎳層也起到了保護(hù)作用，和鎳層一起有效控制了脆性的金屬間化合物的大面積生成。
　　鋅釬料在FSB連接過程中，主要功能體現(xiàn)在熔化時(shí)與鋁母材產(chǎn)生的合金液相對焊縫的保護(hù)作用，并且在摩擦工