鎂-銅異質(zhì)金屬擴散釬焊接頭的微觀結構及性能研究.pdf

1、為了發(fā)揮鎂-銅異種金屬各自的性能優(yōu)勢，進一步擴大鎂合金在高新技術領域的應用，很有必要將鎂合金與銅進行連接。由于 Mg與 Cu的晶體結構及物理化學性質(zhì)差異很大，采用傳統(tǒng)焊接工藝難以獲得界面結合牢靠的焊接接頭。擴散釬焊具有焊接溫度低，焊件受熱均勻，焊接應力和變形小等優(yōu)點，在異種材料焊接中受到了較多的關注，其中,合適的中間層材料對于促使接頭形成、控制界面區(qū)共晶液相層的厚度，抑制金屬間脆性化合物的生成具有積極作用，是改善擴散釬焊接頭性能的重要途

2、徑。
　　本文分別以 Al箔、Ni箔及Al-Si-Cu合金粉末為中間過渡層材料，對AZ31B鎂合金和T2工業(yè)純銅進行擴散釬焊實驗，在測試和分析接頭的元素分布、顯微組織與相結構以及力學性能的基礎上，研究中間層材料的種類、焊接溫度及焊接時間對接頭微觀結構和力學性能的影響規(guī)律，揭示焊接工藝與接頭組織性能的內(nèi)在聯(lián)系，提出接頭的形成機制，為深入發(fā)展AZ31B/Cu異種金屬焊接研究提供重要的試驗及理論依據(jù)。
　　研究表明，以Al箔為中間

3、層，在460℃～500℃、10min～60min條件下，通過AZ31B基體與Al箔擴散形成的共晶液相潤濕鋪展Cu基體，均可獲得Cu/Al/AZ31B擴散釬焊接頭。當490℃×20min時，接頭的顯微組織為:γ-Cu固溶體＋AlCu4金屬間化合物/Al3Mg2＋Al5CuMg4＋Mg2Cu＋(Mg17Al12＋α-Mg)共晶組織/α-Mg鎂基固溶體。隨著焊接溫度的升高及保溫時間的延長，界面擴散區(qū)寬度不斷增加，其中的共晶反應層和鎂基體晶界滲

4、透層增大明顯；接頭擴散區(qū)的顯微硬度呈梯度式分布，其中Cu側擴散層達到最高265HV。接頭的剪切強度隨著焊接溫度的提升呈先升高后降低的變化規(guī)律，490℃×20min時，剪切強度達到最高值68MPa，剪切破壞發(fā)生于焊縫區(qū)銅側擴散層，斷口呈韌-脆性混合斷裂。
　　以Ni箔為中間層擴散釬焊AZ31B/Cu，當490℃＜T＜510℃，10min＜t＜40min時，接頭冶金性能優(yōu)良。在500℃×30min時，Cu/Ni/AZ31B接頭的顯微組

5、織為：γ-Cu＋Cu2Mg/Cu11Mg10Ni9＋(α-Mg＋Mg2Cu＋Mg2Ni)共晶/α-Mg鎂基固溶體。隨著溫度的升高及時間的延長，界面擴散區(qū)寬度不斷增加，其中的共晶反應層和銅基擴散層增加明顯，鎂基晶界滲透層逐漸消失；接頭擴散區(qū)的顯微硬度隨接頭微觀組織的不同呈梯度式分布，在Mg基擴散層達到最高284HV。剪切強度隨保溫時間的延長呈先后降的分布規(guī)律，500℃×20min時，強度最高71MPa，剪切破壞出現(xiàn)在接頭焊縫區(qū)Mg側過渡層

6、，斷口呈韌-脆混合斷裂。
　　以Al-Si-Cu釬料為中間夾層，在500℃＜T＜540℃，10min＜t＜40min時可通過擴散釬焊實現(xiàn)AZ31B/Cu的有效連接，擴散區(qū)厚度隨著溫度的提升及時間的延長不斷變寬。在540℃×10min時，釬縫區(qū)從Cu到AZ31B微觀組織依次為γ-Cu固溶體＋Al-Cu二元化合物/（α-Mg＋Mg17Al12＋Mg2Si）共晶組織＋Al-Cu-Mg三元化合物＋Al3Mg2化合物/α- Mg鎂基固溶體；