带状组织对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头力学性能的影响

采用搅拌摩擦焊(FSW)对厚度为4 mm的6061铝合金与AZ31B镁合金进行不同工艺的平板对接试验. 采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及能谱仪(EDS)对接头进行微观组织观察,采用电子万能试验机对接头力学性能进行测试. 结果表明,在接头焊核区(WNZ)中存在着明显的带状组织,带状组织是由插入镁基体中的铝合金条以及弥散分布在条带上的金属间化合物(IMCs)组成;IMCs主要为Al₁₂Mg₁₇和Al₃Mg₂;铝/镁异种金属FSW接头裂纹形核和扩展均发生在带状组织内;焊接工艺影响带状组织形态和IMCs尺寸及数量;随着转速(n)的增加或焊接速度(v)的降低,带状组织呈弯曲状,长度相对较短且呈不连续分布;当转速(n)过高或焊接速度(v)过低时,带状组织变细,但IMCs数量增多且尺寸变大;铝/镁异种金属FSW接头强度主要取决于带状组织形态和IMCs尺寸及数量.     

镍中间层对铝/镁异种金属搅拌摩擦焊接头微观组织的影响

采用搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW),引入厚度为0.05 mm镍箔作为中间层,在焊接速度不变条件下,采用不同转速对厚度为4 mm的6061铝合金和AZ31镁合金进行平板对接,对接头进行系列微观组织表征及力学性能测试,探讨转速对接头中镍颗粒分布状态,金属间化合物(intermetallic compounds, IMCs)种类与分布及接头强度的影响规律. 研究结果表明:与未引入中间层接头相比,引入镍改变了铝/镁异种金属FSW接头焊核区(weld nugget zone, WNZ)中IMCs种类及分布,WNZ存在明显的镁合金与铝合金相间的带状组织,其上分布着絮状Al₁₂Mg₁₇、颗粒状Mg₂Ni、层状Al₃Mg₂及大小不一的镍箔颗粒;随着转速增加,镍箔颗粒分布愈加均匀,Al₃Mg₂数量相对减少,且脆性Al₃Mg₂由连续分布逐渐演变为断续分布;当转速为750 r/min时,接头抗拉强度达到最大值,与未引入中间层接头相比,引入镍中间层接头抗拉强度提高了56 MPa,达到镁合金的56.9%.     

镁/铝层状复合板材搅拌摩擦焊焊接行为

采用搅拌摩擦焊(FSW)方法对爆炸焊方法制备的镁/铝层状复合板进行焊接，对不同焊接速度条件下焊接接头的微观组织、物相以及力学性能进行分析。结果表明：镁/铝层状复合板的搅拌摩擦焊焊接接头界面连接效果良好，热机械影响区和热影响区界线不明显，搅拌区内镁、铝交替分布呈条带状，在搅拌区、热机械影响区和热影响区形成了Al₃Mg₂和Mg₁₇Al₁₂金属间化合物，焊接缺陷主要为界面处金属没有及时填充形成的隧道孔洞；焊接接头横截面硬度呈“W”形分布，搅拌区的硬度从铝侧→界面→镁侧逐渐降低；FSW焊接接头的抗拉强度最大可达94.5 MPa，伸长率为6.7%，断裂机理为金属间化合物的脆性断裂和金属基体镁/铝的韧性断裂。     

退火态CFR镁/铝复合板界面形貌与力学性能研究

通过对波-平轧制镁/铝复合板进行退火处理,研究了退火温度和退火时间对镁/铝复合板界面微观组织和力学性能的影响规律。结果表明, 200℃/30 min退火平直镁/铝复合板新结合界面生成薄的Mg₁₇Al₁₂相扩散层,这可以促进界面冶金结合,提升界面结合强度。当250℃/30 min退火时,新结合界面迅速扩展,进一步形成由Mg₁₇Al₁₂相和Mg₂Al₃相共同构成的IMCs层。当退火温度升高到300℃时,界面整体形成连续分布的IMCs层,退火温度越高或退火时间越长, IMCs层厚度越大。高温退火处理时,强塑性变形可以加速波谷位置界面原子间的扩散,导致同种化合物波谷位置的生长激活能小于波峰位置,从而造成波谷扩散层厚度大于波峰。退火态镁/铝复合板弯曲测试后,界面无分层、基体无脱落。随着退化温度的升高,平直镁/铝复合板高温拉伸抗拉强度下降,而断裂伸长率增加。     

铝/钢异种合金激光-电弧复合焊接接头的界面性能及抗拉强度

以铝硅共晶合金Al-12Si为填充材料,采用光纤激光-冷金属过度(CMT)复合焊接技术制备铝/钢异种金属优质对接接头。通过SEM、EDS和XRD分析,结果表明:不锈钢和熔合区界面存在明显的金属间化合物(IMCs)层。从接头上部到下部,IMCs界面层逐渐增厚,并由锯齿状变成板块状。IMCs层通常表现为两层结构,分别为靠近钢基体侧的θ-Fe4(Al,Si)13层和靠近焊缝侧的τ5-Al8(Fe,Cr)2Si层组成。当激光偏移量为0.4 mm时,热输入的优化范围为80~110 J/mm。在此范围内,IMCs界面层厚度范围为3~8.5μm,接头抗拉强度大于130 MPa,达到铝母材的80%以上。     

Ni-P镀层厚度对Cu/Al接头界面结构与力学性能的影响

为了研究Ni-P镀层厚度对Cu/Al接头性能的影响,采用Zn98Al钎料对不同镀层厚度的T2紫铜与3003铝合金进行了钎焊,获得一系列钎焊接头,研究了钎料在镀层铜板上的铺展润湿性能,并采用光学显微镜、扫描电子显微镜对接头中Cu侧界面结构形态、化合物层厚度及种类等进行分析,进一步研究了镀层厚度对接头力学性能及断口形貌的影响。结果表明,随着镀层厚度增加,钎料在镀层铜板上的铺展面积呈先升后降的趋势,与无镀层铜板相比,当镀层厚度为5～20μm时,钎料的铺展面积由62.4 mm2增加到189.5 mm2,增加了近3倍,此时,钎料的铺展面积稳定、润湿性能较好,有助于获得优质接头;与无镀层接头相比,镀层厚度小于5μm时,接头Cu侧界面结构仍为粗大的Cu_3.2Zn_4.2Al_0.7化合物层,接头强度变化不大;当镀层厚度为5～20μm时,镀层有效阻隔了Cu,Al原子扩散,接头Cu侧界面结构转变为Ni-P镀层+较薄的Al₃Ni化合物层,同时接头抗剪强度也增加到最大值39 MPa,与无镀层接头相比提高了约21.8%;当镀层...     

搅拌针偏移量对铝/铜异质金属搅拌摩擦焊接过程和接头组织性能的影响

采用搅拌摩擦焊接技术对2 mm厚6061铝合金和紫铜合金异质金属进行对接试验，研究搅拌针偏移量对铝/铜异质金属接头组织和性能的影响。研究发现，由于铝和铜两种材料的流动性存在差异，随着搅拌针由铝侧向铜侧偏移，搅拌头-工件界面的温度无明显变化，而焊接过程中的前进阻力显著增大，且接头机械互锁程度也更加充分。对铝/铜异质接头微观形貌进行扫描电子显微镜分析，发现铝/铜界面处的金属间化合物层呈清晰的双层结构，分别为靠近铝侧的Al₂Cu层和靠近铜侧的Al₄Cu₉层，此外金属间化合物还以颗粒状和条带状等形貌分布在铝/铜界面附近。搅拌针偏向铜侧0.5 mm时得到的铝/铜异质接头机械互锁程度和金属间化合物分布最为理想，接头抗拉强度达到200 MPa。     

搅拌摩擦加工制备镁基铝覆层材料的组织与性能

在采用多道次搅拌摩擦加工成功地在镁合金表面覆合一层铝层的基础上,利用光学显微镜、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、能谱分析和电子万能材料试验机对界面组织、元素成分分布、界面结合力和断口形貌进行了分析,并分析了不同焊接速度对重叠区界面组织和性能的影响规律.结果表明,界面由N道次区、重叠区和N+1道次区组成,重叠区界面过渡层的厚度随着焊接速度的降低而增加.其过渡层由Al+Al₃Mg₂相和Mg+Al₁₂Mg₁₇相组成.重叠区界面的剪切力随着速度的降低而增加,断裂方式为塑性断裂.     

Ni-P镀层对Cu/Al钎焊界面结构及性能的影响机制

为了研究Ni-P镀层对Cu/Al异种金属钎焊界面反应的影响,首次采用Zn98Al和BAl67CuSi两种钎料对含/不含Ni-P镀层的T2紫铜与3003铝合金进行了高频钎焊,获得4种不同的钎焊接头,分别对接头Cu侧界面结构、抗剪强度、断口形貌、显微硬度及弯曲形貌进行了系统研究,并与无镀层接头进行对比. 结果表明,T2表面镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+8.8 μm厚的Cu_3.2Zn_4.2Al_0.7化合物转变为1.5 μm厚的Al₃Ni化合物,而Cu/BAl67CuSi/Al接头中Cu基体/钎缝界面结构由扩散层+15 μm厚CuAl₂转变为1.8 μm厚Cu₃NiAl₆;与无镀层接头相比,镀覆Ni-P后,Cu/Zn98Al/Al接头强度略有上升,Cu/BAl67CuSi/Al接头强度略有下降,但两种接头的韧性均明显增强,力学性能试验结果与接头Cu侧界面微观组织转变规律相符. 最后建立了Cu/Al接头的界面反应模型,并阐明了Ni-P镀层对Cu/Al接头界面结构和力学性能的影响机制.     

铝-钢堆焊-搅拌摩擦复合焊接头特性分析

针对铝-钢异种金属焊接缺陷多、效率低等问题,提出一种堆焊-搅拌摩擦复合焊接方法,即采用旁路分流电弧焊先在钢板上堆敷铝合金,再采用搅拌摩擦焊进行铝合金堆敷层和铝合金母材的搭接焊,得到在铝-铝界面呈现典型搅拌摩擦焊“洋葱圆环”状结合的铝-铝-钢复合过渡接头. 针对典型焊缝进行铝-钢异种金属接头的组织结构分析.结果表明,搅拌摩擦焊可以有效消除铝合金堆敷层中存在的气孔等缺陷,并实现金属界面层的减薄. 对铝钢结合界面进行EDS扫描,在堆敷铝合金侧可以观察到呈树枝状的Fe相扩散和呈网状的不均匀Si相扩散,结合XRD(X-ray diffraction)分析其主要成分为Al₅Fe₂Zn_0.4和Al₇Fe₃Si_0.3. 对接头试样进行拉伸试验,拉伸接头断裂在铝合金母材处,达到铝合金母材强度的100%,符合接头应用的力学指标.     

Ti在SiCf/Cu复合材料中用作界面改性剂的研究

利用箔-纤维-箔法制备了SiCf/Ti/Cu复合材料,用于模拟研究Ti在SiC纤维增强铜基复合材料中用作界面改性涂层时的作用及其界面反应情况.室温拉伸测试表明,该复合材料的轴向抗拉强度相对于基体Cu和Ti的提高了58%.采用SEM,EDS和XRD等方法研究了断口特征、SiCf/Ti界面和Ti/Cu界面反应产物.结果表明:SiC纤维与Ti的结合良好,Ti/Cu界面有多层反应产物,而Ti层与Cu层的脱粘多发生在不同反应层之间;SiC/Ti界面反应产物为TiC;Ti/Cu界面的反应产物主要为4层分布,分别为CuTi2、CuTi、Cu4Ti3和Cu4Ti.     

Interfacial properties of metallized alumina ceramics

An alumina ceramic material (purity-96%) was metallized by the conventional molybdenum-manganese (Mo-Mn) process in which an alumina substrate was coated with Mo-Mn paste and subsequently heat treated at 1400 °C for 10 min. During the entire process a moist H₂ and N₂ gas mixture (dew point-20 °C) with 3:1 ratio was passed continuously through the furnace. X-ray diffraction analysis of the metallized alumina substrate identified only molybdenum phase at the surface of the metallizing layer. The microstructural observations of the metallized alumina substrate were made by scanning electron microscopy. Energy dispersive X-ray analysis showed the elemental compositions along the cross-sectional region of the metallized alumina substrate. The adhesion of the metallic coatings on the alumina substrates was evaluated qualitatively by a scratch testing technique and quantitatively by an adhesion tester. Nanohardness measurements showed gradual change in the nanohardness values across the metallized alumina substrate.     

Interfacial reactions in titanium-matrix composites

A study of the interfacial reaction characteristics of SiC fiber-reinforced titanium aluminide and disordered titanium alloy composites has determined that the matrix alloy compositions affect the microstructure and the distribution of the reaction products, as well as the growth kinetics of the reaction zones. The interfacial reaction products in the ordered titanium aluminide composite are more complicated than those in the disordered titanium-alloy composite. The activation energy of the interfacial reaction in the ordered titanium aluminide composite is also higher than that in the disordered titanium alloy composite. Designing an optimum interface is necessary to enhance the reliability and service life at elevated temperatures.     

丁二腈固/液界面能的测量

固/液界面能对于微观组织的稳定性及相变动力学都起着关键的作用,其数值的准确测量对凝固物理研究有重要意义。本文针对一种在凝固研究中被广泛使用的类金属透明模型合金--丁二腈（SCN）,利用温度梯度平台实验获得了不同温度梯度下高纯丁二腈（纯度〉99.99%）的晶界凹槽形态,通过测量其凹槽深度计算得到该物质的固/液界面能γ为9.245±0.782×10^-3J·cm^-2。     

INTERFACIAL DEBONDING OF FRC UNDER CYCLIC LOADING

With the increasingly use of FRC (fiber-reinforced composite) in urban lifelines, mechanical properties investigation is very important for disaster resistance, especially the investigation of fatigue properties. Based on the shear-lag model, an usual composite model under cyclic loading is established. According to the Paris formula, the relationship between interracial fatigue parameters and the number of cycles is obtained under the cyclic loading. Interracial fatigue properties of this model and the growth of the interracial fatigue crack are analyzed. And the Poisson ratio is considered also.     

羟基磷灰石生物活性梯度涂层材料的界面特点

用透射电子显微镜对钛合金基体等离子喷涂羟基磷灰石 (HA)生物活性梯度涂层的界面进行了观察与分析。结果表明 :经热处理后生物活性梯度涂层的结晶程度明显提高 ,涂层中存在HA晶体、β Ca3(PO4 ) 2 晶体以及中间相CaTiO3 晶体。涂层和基体的界面结合为冶金化学结合 ,HA涂层和基体Ti间存在过渡相ZrO2 ,过渡相ZrO2 的存在有利于提高涂层和基体之间的界面结合力。     

SiCp／Mg复合材料的界面结构

采用真空压力浸渍法制备了碳化硅颗粒增强铸造镁合金复合材料,碳化硅颗粒的平均尺寸为４μｍ,体积分数为４５％。通过透射电镜,能量色散谱仪研究了这种复合材料的ＳｉＣｐ／Ｍｇ界面微结构。实验结果表明：碳化硅颗粒与镁基体的界面结合紧密,界面区域存在合金元素铝的偏聚,并形成块状和细针状γ相,这种γ相提高了界面结合强度。     

Ni-Al-W活性材料的界面扩散动力学

采用粉末冶金法制备Ni-Al-W活性材料Ni_37.5Al_42.5W₂₀,研究了材料中Ni-Al、Al-W、Ni-W 3种不同界面处的扩散动力学。结果表明:在400 ℃保温不同时间下该材料表观激活能变化不大;扩散层厚度Δx随时间t的增加而增加,且lnΔx与lnt呈线性关系,在3种不同界面处只发生了扩散而未产生金属间化合物。Ni-Al界面层厚度与保温时间关系式为ΔxNi-Al=4.5210^-8t^1/2.635,界面扩散方式为晶格扩散中的体扩散机制;Al-W界面层厚度与保温时间关系式为ΔxAl-W=9.5610^-8t^1/4.050,界面扩散方式为表面扩散机制;Ni-W界面层厚度与保温时间关系式为ΔxNi-W=2.3310^-7t^1/6.534,界面扩散方式为表面扩散机制。     

SiCw/MgLiAl复合材料的界面结构

从热力学角度分析了SiC晶须与Mg Li Al合金的化学相容性 ,利用透射电镜及高分辨电镜研究了SiCw/MgLiAl复合材料的界面结构 ,并测试了复合材料的力学性能。结果表明 ,该复合体系化学相容性较好 ,SiC晶须与基体合金界面结合紧密 ,没有反应物 ;少数SiC晶须表面发生了沿 {1 1 1 }晶面的定向损伤 ,出现了 70 .5°或 1 0 9.5°台阶。拉伸实验结果表明 ,SiC晶须对Mg Li Al合金具有明显的强化作用 ,使复合材料的抗拉强度、弹性模量明显提高。