Al/Cu扩散溶解层的形成机理研究

利用扫描电子显微镜和电子探针对不同退火处理的Al/Cu镶嵌式扩散偶扩散溶解层的形态和形成机理进行了研究。结果表明,当580℃保温160h退火处理后,在Al/Cu界面处形成厚度约2.5mm的扩散溶解层,其主要结构相与Al-Cu相图上相的排列位置一致。CuAl相层首先在Cu上形成,接着CuAl2在Al上形成,然后Cu4Al3、Cu5Al3、Cu3Al2、Cu9Al4和Cu3Al等五个相层依次在Cu上形成,各个扩散溶解层按照平面式长大方式长大;Al-Cu扩散溶解层的形成是Al和Cu固相扩散、溶解与二次结晶的结果,由于扩散浓度和固溶度的相互作用,导致了扩散溶解层析出的序列性。     

Al/Ti扩散层形成的扩散溶解机制

分别在铝组元熔点之下和之上对Al/Ti镶嵌式扩散偶进行退火热处理,形成固-固和固-液扩散偶.利用光学显微镜、扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析Al/Ti固-固和固-液扩散层的形态和结构,并对其形成微观机理进行了研究.结果表明,Al/Ti固-固扩散层由一层TiAl₃构成;固-液扩散层由TiAl₃单相层与TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层两层构成,双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体的形态自铝向钛呈现规律性变化.Al/Ti固-固TiAl₃扩散层和固-液TiAl₃单相层的形成都是铝扩散溶解到钛中形成以钛为溶剂的Al-Ti固溶体结晶形成的;而Al/Ti固-液TiAl₃和Al(Ti)固溶体双相层是钛先溶解再扩散到液态铝中形成的Al-Ti液溶体结晶形成的.铝液中Ti原子浓度自铝向钛逐渐升高,导致了双相层TiAl₃和Al(Ti)固溶体形态的规律性变化.     

Al/Co相界面的扩散溶解层

采用镶嵌式扩散偶,在不同退火处理条件下,对Al/Co扩散溶解层进行了研究。利用扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析了扩散溶解层的形态和形成规律,并对其形成机理进行了探讨。结果表明,当进行600℃保温75h退火处理后,在Al/Co界面处形成了结构为Al/Co2Al9/Co4Al13/Co2Al5/CoAl/Co,并与Al-Co二元合金相图上相的位置顺序一致、厚度约170μm的扩散溶解层。CoAl相层首先在Co基体上形成,然后其余三个相层都在CoAl相层上形成;Co4Al13相层和Co2Al5相层几乎同时呈"柱状"方式分别纵向向Co块和Al丝相向生长,生长到一定的厚度,再从根部转向横向生长,最终层2和层3交错在一起;最后Co2Al9相层在Al/Co4Al13界面处形成。Al-Co扩散溶解层的形成是Al和Co固相扩散、溶解与结晶的结果,由于扩散浓度和固溶度的相互作用,导致了扩散溶解层析出的序列性。     

Al/Sn二元扩散偶相界面扩散溶解层的形成机理

采用层片式扩散偶制备技术制备Al/Sn扩散偶,在不同热压温度条件下进行热处理,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、XRD衍射仪等研究Al/Sn扩散偶扩散溶解层的形貌特征与形成机理。结果表明:在0.5 MPa和230℃烧结条件下,Sn元素优先沿Al晶界扩散,然后沿其表面扩散;随着扩散时间的延长,Al与Sn元素间扩散和溶解程度增大,界面区无新物相生成,最终形成由Al和Sn的离异合金组织组成的界面过渡层且呈锯齿状形态分布;Al/Sn界面冶金结合是Al和Sn固相扩散、溶解与结晶共同作用的结果。     

Al/Ti的扩散焊工艺

根据Al合金与Ti合金在高温下具有一定的互溶性原理,采用Ti热浸Al工艺利用扩散焊接方法进行Al/Ti材料的焊接. 焊接后构件抗拉强度达到180 MPa,焊缝性能稳定,具有一定的实际应用价值.     

Ti/Cu固相相界面扩散溶解层形成机制的研究

采用镶嵌式扩散偶,在不同退火处理条件下,对Ti/Cu扩散溶解层的形成机制进行了研究.利用扫描电子显微镜背散射电子像和二次电子像观察和分析扩散溶解层的形态和结构,从扩散、溶解与结晶角度研究扩散溶解层的形成机制.结果表明:在不同的扩散温度和时间下,Ti/Cu相界面扩散溶解层的形成是Ti和Cu固相扩散、溶解与结晶的结果;相界面处将几乎同时结晶出不同层数、厚度和结构的扩散溶解层;Cu或Ti原子百分含量相对较低的Cu-Ti化合物优先形成,究竟形成一个还是几个相层,这主要由Cu在Ti中和Ti在Cu中的的浓度分布决定.Ti和Cu在700℃固相扩散时,原子扩散流为Cu扩散进入Ti,Ti很少扩散进入Cu,因此,除了Cu4Ti相层在Cu丝上形成以外,其余5个相层都在Ti基体上形成;Cu2Ti和Cu3Ti2以及Cu4Ti3和CuTi化合物相层几乎同时形核并以"竹笋状"方式相向长大,互相交错重叠,表现出比较明显的浮凸;另外,Cu4Ti和CuTi2化合物相层以"平面状"方式长大.     

亚微米级Al2O3p/6061Al铝基复合材料扩散焊接工艺

以亚微米级Al2O3p/6061 Al铝基复合材料为对象,研究了直接扩散焊与采用中间层扩散焊两种工艺焊接铝基复合材料的特点、机理,分析了中间层对接头强度的影响规律.结果表明,在铝基复合材料液、固温度区间,存在"临界温度区域",在此温度区域进行直接扩散焊接时,通过液相基体金属的浸润,使得在扩散接合面中增强相-增强相接触转化为增强相-基体-增强相的有机结合,获得高质量焊接接头;进一步研究发现,在扩散接合面上采用合适的基体中间层同样可以将增强相-增强相接触转化为增强相-基体-增强相的有机结合,同时增大"临界温度区域"范围,接头性能更加稳定,接头变形量进一步减小(＜2%).     

Al/Ti液/固界面扩散溶解层形成机制及生长规律

采用镶嵌式扩散偶技术制备Al/Ti扩散偶,在Al熔点以上Ti熔点以下进行扩散热处理,研究Al/Ti液/固界面扩散溶解层的组织结构演变、形成机制及生长规律。实验结果表明,热处理后的扩散溶解层为TiAl3颗粒 和含少量Ti的铝基固溶体的混合组织;TiAl3相是热处理过程中最先出现也是唯一出现的新生相;扩散溶解层的生长机制和生长方向随热处理时间的延长发生了改变,在热处理开始后一段时间,扩散溶解层的生长受化学反应速度控制,与保温时间呈线性关系,之后,转变为受扩散控制,与保温时间呈抛物线关系,扩散溶解层的生长方向也由Ti基侧转变为Al基侧;扩散溶解层的厚度与热处理温度呈指数关系。     

Cu/Al扩散焊工艺及结合界面的组织性能

采用扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）、显微硬度等测试方法对Cu/Al扩散焊工艺以及接头的组织性能进行了分析。试验结果表明：采用真空扩散焊工艺,在加热温度（520-540）℃、保温时间60min、压力11.5Pa时,在Cu/Al界面处形成明显的宽度约40μm的扩散过渡区,由于在铜侧过渡区中产生金融间化合物（Cu3Al)会出现硬度峰值,控制Al的扩散含量不超过10%,可避免或减少扩散过渡区中脆性金属间化合物的产生。     

AZ31B/Al电场固相扩散界面结构及性能分析

采用电场激活固相连接工艺(FADB)实现了AZ31B镁合金与铝粉的固相扩散,观察研究了界面处扩散溶解层的微观形貌和相组成以及界面处元素交互扩散分布情况,测试了扩散溶解层的表面硬度和耐腐蚀性,探讨电场对AZ31B/Al固相扩散的影响.研究结果表明,在FADB条件下,AZ31B/Al结合界面处形成的扩散溶解层由均匀共晶层-溶解过渡层和胞晶区构成;外加电场通过降低界面处生成物的激活能,促进了Mg-Al间的扩散反应,所形成的锯齿状结构有利于提高界面连接强度;试样表面的平均硬度及耐腐蚀性能均高于镁合金母材.     

Mg/Al异种材料真空扩散焊界面区域的显微组织

采用真空扩散焊技术对Mg／Al异种材料进行了焊接。采用金相显微镜、扫描电镜(SEM)、显微硬度计及X射线衍射(XRD)对扩散界面附近的显微组织及性能进行了试验研究。试验结果表明，Mg／Al异种材料真空扩散焊在加热温度Tp=450-490℃，压力强度P=0．08-0．10MPa，保温时间t=40-60min时能得到良好的扩散焊接头。扩散焊界面过渡区形成了致密的新相化合物层，断口形貌呈粗糙暗灰色，以解理断裂为主并伴有脆性的混合型断口，扩散界面过渡区生成了MgAl、Mg3Al2、Mg2Al3等金属间化合物。     

镁铝异种材料TIG焊接接头扩散行为分析

利用现代分析测试手段分别研究了TIG焊直接焊接镁铝和镀锡焊接镁铝的焊缝熔合区形貌,并对其进行了元素扩散行为的分析及比较。结果表明镁铝直接焊接时,镁与铝之间有明显的界面,镁元素向铝母材中进行大量扩散形成扩散层,而铝元素向镁母材中的扩散很少,扩散到铝母材中的镁元素与铝形成Mg17,Al126和β—AlMg金属间化合物,造成扩散层很容易发生断裂。镁铝镀锡焊接,采用熔焊一钎焊连接方法,中间过渡金属锡与母材之间形成了一个成分、组织和性能均不相同的过渡区,该区对接头性能有着较大的影响。锡层对镁铝接头产生拘束强化作用,过渡层比镁铝直接焊接要狭窄,并且尚余一些没有扩散的锡层,阻止了镁元素向铝母材中扩散。锡过渡层对镁与铝的直接接触起到了一定的阻碍作用。     

Effect of annealing temperature on joints of diffusion bonded Mg/Al alloys

To study the effect of annealing temperature on the joints between magnesium and aluminum alloys, and improve the properties of bonding layers, composite plates of magnesium alloy (AZ31B) and aluminum alloy (6061) were welded using the vacuum diffusion bonding method. The composite specimens were continuously annealed in an electrical furnace under the protection of argon gas. The microstructures were then observed using scanning electron microscopy. X-ray diffractometry was used to investigate the residual stresses in the specimens. The elemental distribution was analyzed with an electron probe micro analyzer. The tensile strength and hardness were also measured. Results show that the diffusion layers become wide as the heat treatment temperature increases, and the residual stress of the specimen is at a minimum and tensile strength is the largest when being annealed at 250 °C. Therefore, 250 °C is the most appropriate annealing temperature.     

Mg/Al异种材料扩散焊界面组织结构及力学性能

Mg/Al扩散焊接头界面区由铝板侧过渡层(Mg2Al3相)、中间扩散层(MgAl相)、镁板侧过渡层(Mg3Al2相)组成.SEM观察分析表明,在界面铝板侧扩散层与中间扩散层之间存在一定的扩散空洞,不利于获得接头性能优良的扩散焊接头.随着加热温度的升高界面抗剪强度呈现先增大再降低的趋势,当加热温度475 ℃,保温时间60 min及压力0.081 MPa时,接头可达到最大抗剪强度18.94 MPa.接头界面扩散区的显微硬度范围为260～350 HM,明显存在三个不同硬度分布区,随着加热温度的提高,扩散区的显微硬度及扩散区宽度也相应增加.     

CuNi复合中间层对Mg/Al扩散焊接接头组织及力学性能的影响

采用真空扩散焊接的方法获得了Mg/CuNi/Al扩散焊接接头。采用万能试验机测试焊接接头剪切强度,通过SEM,EPMA,XRD对焊接接头的显微结构和物相组成进行了分析。结果表明,Mg/CuNi/Al扩散焊接接头剪切强度随焊接温度和保温时间的增加先增加后减小,焊接温度440℃,保温时间90 min时,接头剪切强度最大值达到22.4 MPa。焊接接头主要由Al3Mg2致密组织层、Al12Mg17针状组织层、Al12Mg17和α-Mg网状组织层组成,Cu、Ni富集于网状组织层中。Mg/CuNi/Al扩散焊接接头断口主要由Al3Mg2、Al12Mg17、AlCu3、Al2Cu和Al7Cu23Ni化合物组成,断裂方式以脆性断裂为主。     

原位自生Mg2Si／Al基复合材料的制备及其生长机制探讨

采用ZEISS Axioskop2光学显微镜研究手段,对自生Mg2Si增强A国-20%Si合金的显微组织进行了分析.试验结果表明:Mg含量为8%时,Mg2Si增强相的显微组织多为不规则大尺寸的块状;Mg含量为6%时,Mg2Si增强相初生Mg2Si的生成量有些减少,并由不规则大尺寸的块状向汉字状或纤维状开始转变;Mg含量为4%时,Mg2Si显微组织呈完整发达的汉字状、树枝状,即获得了原位自生Mg2Si增强Al-20%Si合金复合材料的理想组织.最后探讨了Mg2Si相的生长机制.     

镁铝轻质复合板多层挤压复合工艺

采用挤压工艺对AZ31镁合金板和6061铝合金板进行多层挤压复合,结合扫描电镜、能谱分析仪、金相显微镜、EBSD以及万能拉伸试验机等分析手段,研究了不同坯料层数对AZ31/6061复合板的微观组织及力学性能的影响。实验结果表明:复合板镁合金侧中存在大量的细小再结晶晶粒和少量变形组织,复合板铝合金侧的晶粒呈现典型的带状结构,且周围有大量细小再结晶晶粒生成;此外,复合板中Mg/Al界面具有良好的冶金结合,且有不同厚度的界面反应层生成,其中P1板的界面反应层以Mg_2Al_3为主,P2板靠近镁合金侧有Mg_(17)Al_(12)生成,靠近铝合金层有Mg_2Al_3生成。     

Al—Mg—Sc合金的再结晶

采用硬度、金相和透射电镜等分析测试手段研究了一种ＡｌＭｇＳｃ合金的再结晶温度和再结晶形核机制。结果表明：合金的再结晶起始温度为３７５℃,终了温度为５２０℃;合金再结晶温度高的原因是细小弥散的Ａｌ３Ｓｃ质点对位错和亚晶界的钉扎作用;合金的再结晶形核机制为亚晶合并和亚晶长大的双重作用。