Mg1/Al1060真空扩散焊接头微观组织演变及性能分析

利用真空扩散焊接技术,实现了工业纯镁Mg1与工业纯铝Al1060的连接.采用扫描电镜、能谱仪、万能力学试验机、显微硬度测试仪、电化学工作站等对扩散反应层的微观组织、物相成分及其性能进行研究.结果表明,Mg/Al真空扩散焊会在接合处生成由镁铝系金属间化合物组成的扩散反应层,随着保温时间延长,反应层的厚度逐渐增加,微观组织形态发生明显变化.扩散初期反应层呈现为单层结构,Mg₂Al₃相会在接合界面优先析出.保温时间达到60 min时,界面会生成Mg₁₇Al₁₂新相层.当保温时间延长至90 min时,反应层演变为三层结构,由Mg₂Al₃层、Mg₁₇Al₁₂层、(Mg₁₇Al₁₂共晶+Mg基固溶体)层组成;随着保温时间延长,接头的剪切强度呈先升高后降低的趋势,在保温60 min时可承受的剪切力达到1 245.7 N,断裂发生在靠近铝侧的Mg₂Al_3...     

退火温度对铜铝复合板界面相演化及性能的影响

采用冷轧复合法制备铜铝复合板,研究退火温度对复合界面金属间化合物的演化及性能的影响。利用电子探针(EPMA)观察复合界面结构,结合EDS、XRD分析界面物相成分,通过剥离测试和室温拉伸试验表征复合板的结合性能。结果表明,随着退火温度的升高,复合界面扩散层增厚,依次生成CuAl₂、Cu₉Al₄和CuAl 3种金属间化合物。CuAl₂和CuAl相的生成破坏了界面结合,导致剥离强度显著下降。在300 ℃及以上温度退火时,复合板发生回复和再结晶软化,其整体拉伸性能优异。综合考虑拉伸性能及剥离强度,冷轧复合法制备铜铝复合板的最佳退火温度为300 ℃。     

界面互锁复合Zn层对厚板铝/镁FSW界面组织及力学性能的影响

对于铝/镁搅拌摩擦焊(FSW)接头，当母材厚度过大时，容易沿界面形成较厚的脆硬金属间化合物(IMCs)，导致接头成形极其困难。本研究创新地采用界面互锁复合Zn层，研究了厚板铝/镁FSW接头界面IMCs演变和接头性能变化规律，为后续实现铝/镁FSW接头的高强度连接提供了理论及实践依据。结果表明，斜对接接头镁侧界面上部生成了平均厚度为69.7μm的低熔点共晶层(Mg+Al₁₂Mg₁₇)，中部和下部生成了平均厚度为42.7和21.2μm的IMCs，该IMCs层由Al₁₂Mg_{1 7}和Al₃Mg₂组成。相比于斜对接接头，当采用界面互锁复合Zn层时，界面局部位置生成了Al-Mg-Zn相(Al₅Mg₁₁Zn₄)和Mg-Zn相(Mg Zn₂、Mg₂Zn₃)替代了原有的Al-Mg IMCs，最小IMCs厚度仅为3.9μm。拉伸结果表明，接头抗拉...     

退火温度对异步轧制铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响

研究退火温度对异步轧制法制备的铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响,采用SEM观察界面组织形貌,结合EDX、XRD分析界面物相成分,采用显微硬度和室温拉伸实验表征复合板的力学性能。结果表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板界面形变储能较高,退火温度为400℃时界面扩散明显;随着退火温度的升高,复合界面先后生成金属间化合物CuAl2、Cu9Al4、CuAl相,界面撕裂位置位于金属间化合物之间;界面层的显微硬度比基体的高,这是因为受到硬脆性化合物和高温软化的共同影响;退火温度越高,复合板抗拉强度越低,断裂伸长率越大。研究表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板最佳退火温度为400℃。     

退火工艺对镁铝轧制复合板的影响

对不同退火温度和退火时间处理的镁铝复合板进行显微组织观察、能谱分析和硬度测量。结果表明：退火处理后,复合界面上生成了新的扩散层,随着退火温度升高,结合层和扩散层的厚度增加,晶粒变大, 随着退火时间的增加,结合层的厚度先上升后下降,而扩散层的厚度一直在上升,晶粒变小。扩散层厚度过大时,该区域内组成物质主要是脆硬相的金属间化合物,结合层和扩散层分别生成了Al12Mg17和Al3Mg2,复合界面成为脆性结构,复合强度反而降低。 350 ℃下60 min退火处理为较理想的退火工艺。     

退火温度对热轧5052/AZ31/5052镁铝复合板组织和性能的影响

对5052/AZ31/5052热轧镁铝复合板进行160℃～340℃的退火处理,研究了退火温度对复合板界面组织、镁合金基体组织和室温力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,原光整的复合界面转变为具有一定厚度的扩散层,扩散层的厚度不断增加。退火后,镁合金基体组织孪晶消失,形成等轴的再结晶晶粒,平均晶粒尺寸随退火温度的升高先减小后增大。同时,退火后复合板的屈服强度和抗拉强度有所下降,屈强比降低,断后伸长率明显提高。在200℃下保温60 min后空冷,复合板的综合性能最好。     

全包覆1060/AZ31/1060复合板的界面组织

采用搅拌摩擦焊结合热轧法制备了全包覆1060/AZ31/1060复合板,通过Deform-3D有限元分析了道次压下量和热轧温度对复合板中间层镁板的边部损伤的影响,并研究了不同退火温度和时间对界面扩散层的影响。结果表明:提高热轧温度、减小单道次压下量有利于降低中间层镁板边部损伤值,提高复合板质量;1060/AZ31/1060复合板经过退火处理后,界面区域发生镁和铝等元素的互扩散,镁铝界面层由机械结合变成冶金结合,靠近AZ31镁合金一侧反应层为Mg_(17)Al_(12)相,靠近铝板一侧为Mg_2Al_3,热处理过程中产生的第二相有Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Al_3、Al_5Mg_(11)Zn_4和Al_6Mn相;热处理温度在400℃,在保温时间为8 h条件时,界面扩散层厚度能达到59.2μm。     

冷轧复合铝-铝-钢界面金属间化合物的生长行为

对冷轧复合4343铝/4A60铝/08Al钢三层复合带材进行不同温度和时间的退火,借助金相显微镜、扫描电镜和EDAX能谱仪以及X射线衍射仪对复合界面结合区进行组织观察、元素成分线扫描分析和EDS能谱分析及XRD物相分析,研究复合界面金属间化合物的生长行为。结果表明：当退火温度较高时,4343中含量较高的Si向4A60中进行了较大程度的扩散;铝-钢复合界面在600 ℃保持1 h退火时有金属间化合物产生;随着退火温度的升高和退火时间的延长,复合界面金属间化合物由一层增加至三层,化合物主要由Fe₄Al₁₃和Fe₂Al₅组成;铝-钢复合界面金属间化合物的生长由扩散控制,其增厚符合抛物线规律,界面金属间化合物的生长激活能为14.4 kJ/mol。     

退火对AZ91/1060爆炸复合板界面的影响

将AZ91镁合金/1060纯铝爆炸复合板进行退火处理,对热处理前后结合界面处的显微组织、成分分布、力学性能进行分析和研究。结果表明,退火过程中镁元素易于向纯铝中扩散,扩散层主要位于靠近界面的纯铝中;退火后的复合板界面处的扩散层厚度和最高硬度均比未热处理时有明显提高,高硬度层从原始复合板界面的镁合金一侧转移到纯铝一侧,原始复合板中引起界面处硬度升高的原因是加工硬化效应,热处理后界面处的高硬度是由于在扩散层中产生镁-铝固溶体和金属间化合物;随着退火温度的升高,界面处扩散层厚度增加,组织中发生再结晶趋势增强,形变带逐渐消失。     

铜/铝复合板界面化合物生长规律和导热性能

利用热处理工艺模拟实际服役工况,通过扫描电镜(SEM)、EBSD和XRD分析铜/铝复合板经不同热处理温度和时间后,结合界面处金属间化合物(IMCs)的组成、结构和生长规律,建立生长模型,并测定铜/铝复合板的热扩散系数,研究铜/铝复合板界面组织结构特征与导热性能之间的关系。结果表明:IMCs层厚度随热处理温度和时间的增加而增加;热处理温度超过500℃时,界面层出现Al_4Cu_9、AlCu、Al_2Cu_3和Al_2Cu_4种IMCs;界面IMCs厚度与时间呈幂函数关系,各层生长速率与温度之间满足Arrhenius关系;随着IMCs厚度的增加,铜/铝复合板的热扩散系数下降,导热性能下降。同时,研究结果为优化铜/铝复合板制备工艺和建立应用准则提供理论基础和科学依据。     

热处理对铝/镁合金复合板连接界面组织和性能的影响

对爆炸焊接方法制备的铝/镁合金复合板进行不同温度的后续退火处理。分别采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电子背散射衍射仪(EBSD)对复合板接合界面的扩散层成分、物相以及组织形貌特征进行了分析。结果表明:随着退火温度的升高,复合板接合界面镁铝金属间化合物扩散层的厚度呈增大的趋势;扩散层由两层组成,分别为靠近镁合金一侧的Mg_(17)Al_(12)相金属间化合物层和靠近铝合金一侧的Mg_2Al_3相金属间化合物层;Mg_(17)Al_(12)相扩散层的组织形貌呈现柱状晶形态,而Mg_2Al_3相扩散层呈现细小的等轴晶形态。对复合板进行拉伸试验分析,结果表明:随着退火温度的升高,复合板的抗拉强度呈现下降的趋势,而伸长率呈现逐渐增大的趋势;退火铝/镁合金复合板的失效断裂路径为沿着Mg_(17)Al_(12)相扩散层及Mg_2Al_3相扩散层的接合界面。     

Zn对钢-铝轧制界面组织与性能的影响

采用界面预置5%(质量分数,%)的Zn粉,冷轧复合成功制备出界面结合良好的钢-铝复合材料。通过XRD、SEM对复合材料界面形貌、界面物相及物相析出规律进行研究,利用自制滑轮剥离装置对界面剥离强度进行了测试。结果表明：钢-铝复合界面只生成Fe₂Al₅金属间化合物相,界面结合处预置Zn粉可延缓或减少Fe₂Al₅相生成,使生成Fe₂Al₅相的温度向高温推移。当热处理温度超过350 ℃后,界面预置Zn粉能显著提高钢-铝复合界面结合强度。     

退火对TA1/5052爆炸复合板界面组织与性能的影响

将TA1/5052爆炸焊接复合板在350、400及450 ℃分别保温1、3、6、9 h退火,对退火前后复合板组织和性能进行分析。结果表明:随退火温度升高,原子扩散加剧,界面形成的扩散层逐渐变厚;退火过程中铝易于向钛侧扩散,白色亮带和柯肯达尔孔洞主要位于靠近界面的5052铝合金侧;退火前界面处物相组成为α-Ti、α-Al、TiAl₃,经350、400 ℃退火3 h及450 ℃退火1、3、6、9 h后,物相组成不变。经不同温度退火后,复合板界面抗拉强度低于退火前,而断面收缩率和伸长率明显高于退火前。拉伸断口分析表明,复合板TA1侧为以脆性断裂为主、韧性断裂为辅的韧脆混合断裂,5052侧为韧性断裂;复合板在350 ℃退火时界面剪切强度和剥离强度最大,较爆炸态分别增加8.24%和45.68%,随退火温度升高,界面剪切强度和剥离强度降低。退火前后界面结合区硬度均高于基复板两侧硬度,且随离界面距离增加,硬度逐渐降低直至降至钛铝两侧母材硬度。退火后界面结合区硬度明显低于爆炸态硬度。     

退火温度对铸轧成形宽幅层状铜-铝复合板界面组织及力学性能的影响

采用铸轧法获得宽幅层状铜-铝复合板,并研究了不同退火温度对铜-铝复合板界面组织和力学性能影响,探讨了界面金属间化合物作用机理,结果表明:退火温度越高,界面扩散越明显,金属间化合物越多;铜基体界面处率先生成Cu_9Al_4,铝基体界面处率先生成CuAl_2,随着铜、铝元素扩散会有CuAl生成;界面层硬度高于其它位置,由于基体软化和金属间化合物的共同作用;300℃退火铜-铝复合板界面组织和力学能性能最佳,扩散层厚度13.63μm左右,抗拉强度101.9 MPa,伸长率32.0%。     

冷轧铝-钢复合板的退火工艺

对55%变形条件下冷轧复合4A60铝/08Al钢复合带材进行退火处理,研究退火温度对钢层再结晶行为和铝-钢界面结合强度的影响。结果表明：退火温度为600 ℃保温60 min,钢层发生完全再结晶;退火温度为400~600 ℃,保温60 min,铝-钢复合板界面结合强度达到最大值9 N/mm,当保温时间为60 min,温度高于610 ℃时,铝-钢界面处产生脆性化合物,结合强度急剧降低至2.7 N/mm。确定55%变形条件下铝-钢复合板最佳退火工艺为600 ℃保温60 min。     

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。     

退火温度对铜/铝/铜复合板结合性能的影响

采用冷轧复合法制备Cu/Al/Cu 3层复合板,研究不同退火温度对Cu/Al/Cu复合板结合性能的影响。采用光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)观察界面过渡层的微观组织形貌,采用EDX分析界面物相成分,采用室温拉伸实验检测结合界面的结合强度。结果表明,退火温度越高,界面扩散层越明显,扩散层厚度越大,增长的速度越快;随着温度升高,复合界面处生成金属间化合物Cu_9Al_4、CuAl_2和CuAl。退火温度达到550℃时,界面层还会生成Cu_4Al_3和Cu_3Al_2。界面的结合强度随着退火温度的升高先上升后下降,最后趋于稳定。冷轧复合法制备的Cu/Al/Cu复合板最佳退火温度为350℃。     

热处理铜铝复合板界面厚度关系模型的建立

研究了退火工艺参数与铜铝复合板界面层厚度的关系。结果发现,退火温度越高,退火时间越长,铜铝复合板界面层的厚度越大。在相同加热温度下,剥离强度均随着时间的延长而呈现出先增加后降低的趋势,退火温度越低,出现剥离强度最高值所需的时间越长。剥离强度与扩散过程中界面处的扩散运动有关。通过拟合铜铝复合板扩散层厚度与剥离强度,得到了剥离强度与扩散层厚度的关系,并给出剥离强度与热处理关系模型。     

退火温度对Mg-Li/Al复合板界面组织与结合强度的影响

通过温轧制备5083Al/Mg-9.5Li-2Al/5083Al复合板,经200℃～400℃退火1h处理,利用扫描电子显微镜(SEM)和EDS对所制备的复合板进行显微组织结构观察,采用粘连法测试退火复合板的结合强度。结果表明,200℃温轧可以制备出界面结合良好的5083Al/Mg-9.5Li-2Al/5083Al复合板;复合板在350℃以上退火可形成连续的扩散层,扩散层由靠近镁锂合金一侧的Mg17Al12相和靠近铝合金一侧的Al3Mg2相组成,Li原子固溶于Al3Mg2相中;结合强度测试结果表明,当退火温度为350℃时,界面结合强度最高,达到了20MPa。     

汽车发动机用AZ91D合金的表面喷涂与性能

采用热喷涂工艺在压铸态AZ91D合金表面制备了Al涂层,研究了热处理温度和保温时间对AZ91/Al涂层界面组织形貌的影响,并对比分析了扩散层的耐腐蚀性能和耐磨性能。结果表明,热处理前Al涂层与基材为机械结合,热处理后Al涂层与AZ91合金基材的界面处可形成冶金结合扩散层,且随着保温时间延长,扩散层厚度不断增加;热处理温度在375 ℃以下时扩散层主要由β-Mg₁₇Al₁₂相构成,375 ℃×8 h热处理后为α-Mg+β-Mg₁₇Al₁₂相,425 ℃×1 h热处理后为γ-Mg₂Al₃和β-Mg₁₇Al₁₂相。AZ91合金基材和扩散层腐蚀电位从高至低顺序为γ>β>α+β>AZ91合金基材,扩散层的腐蚀电流密度均低于AZ91合金基材,阻抗谱图中容抗弧半径从大至小顺序为γ>β>α+β>AZ91合金基材,扩散层的耐腐蚀性能均优于AZ91合金基材;γ、β和α+β扩散层的摩擦稳定性系数都高于AZ91合金基材,而磨损速率和磨痕宽度都要小于AZ91合金基材,其中β扩散层的磨损速率和磨痕宽度最小,具有最佳的抵抗磨损的能力。