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.     

AZ31B/Cu异种金属过渡液相扩散焊接头的显微组织及性能

采用过渡液相扩散焊技术对镁合金AZ31B和Cu异种金属进行焊接,利用扫描电镜(SEM)、显微硬度测试及X射线衍射(XRD)对AZ31B/Cu接头界面附近的显微组织及性能进行研究。结果表明,在500℃、40 min、2.5 MPa条件下,AZ31B/Cu接头形成了宽度约为450μm的扩散区。AZ31B/Cu材料接头的显微组织依次为α-Mg和沿其晶界析出相Mg17(Cu,Al)12组成的晶界渗透层/(α-Mg+Mg2Cu)共晶层/Cu2Mg金属间化合物层/(α-Mg+Mg2Cu)共晶层/Cu(Mg)固溶体。随着保温时间的延长,界面区宽度增加,其中Cu2Mg两侧的共晶组织区的增加更为显著。界面区的显微硬度明显高于镁合金和铜基体的显微硬度,界面区明显存在4个不同的硬度分布区;随着保温时间的延长,界面区的显微硬度提高。     

添加中间层的Mo-Al箔材扩散连接工艺及界面结合机理的研究

在10 MPa、60 min的工艺条件下,分别添加5μm、20μm的Ni箔或5μm的Ti箔为中间层,采用三种工艺方案对10μm纯Mo箔和20μm、60μm纯Al箔进行真空扩散连接。方案一:在550℃下加Ni箔中间层的直接扩散连接;方案二:先在900℃进行Mo-Ni扩散连接,然后在450～550℃进行Mo/Ni与Al的连接;方案三:550℃下加Ti箔中间层的直接扩散连接。利用扫描电镜(SEM)观察接头界面形貌,并对结合机理和相组成进行分析。结果表明,方案一的焊合率仅为3%。方案二实现了界面良好连接,焊合率达到89%～100%,在Mo-Al之间存在5层反应产物,自Mo侧依次为MoNi、残留Ni层、Ni_2Al_3、NiAl_3、Al-Ni固溶体;中间层Ni箔的厚度由5μm增加到20μm时,Mo-Ni扩散层变厚,焊合率达到100%。采用方案三,即添加5μm的Ti箔做中间层时,获得了良好的界面连接,焊合率达到100%。     

镁合金与不锈钢的瞬间液相扩散连接

以Cu箔为中间夹层对AZ31B镁合金与304不锈钢进行瞬间液相扩散连接,研究了焊接接头的微观结构和连接强度。结果表明,在510℃/30 min、530℃/10 min下进行扩散连接时,接头界面区没有出现共晶液相,界面结合较弱;520℃/30 min、530℃/20 min时,接头界面区形成Mg-Cu共晶液相,焊缝宽度显著增加,界面结合强度提高;530℃/30min时,镁基体一侧形成350μm的层状扩散区,接头显微组织依次是Mg-Cu共晶组织层、富Mg固溶体层、弥散分布于镁合金基体的Mg17(Cu,Al)12相和分布于镁合金晶界的Mg-Cu-Al三元化合物所组成的镁合金基体渗透区,其剪切强度达到最大(52 MPa);540℃/30 min、530℃/40 min时,界面扩散区的共晶液相发生等温凝固,镁合金基体晶界处Mg-Cu-Al三元金属间化合物呈连续网状分布,接头的剪切强度降低。AZ31B基体发生了再结晶及晶粒长大。     

AZ91镁合金/7075铝合金异种金属扩散焊

采用真空扩散焊对AZ91镁合金,7075铝合金进行了扩散连接,对焊接接头进行金相显微组织分析.并利用显微硬度计和微机控制电子万能试验机对接头界面扩散区的显微硬度和接头抗剪强度进行分析.研究结果表明.焊接温度和保温时间对接头抗剪强度有显著影响,在连接温度为470℃,保温时间为60min时,过渡层宽度为34.36μm,接头...     

AZ31B/Cu在不同加压方式下的扩散连接

在加热温度520℃,保温时间20 min,分别采用间歇性梯度加压、梯度加压和恒定加压对AZ31B/Cu进行扩散连接,通过扫描电镜和能谱仪分析焊接接头的显微组织和元素分布。结果表明,采用三种加压方式得到的AZ31B/Cu接头均由焊缝区及镁基体晶界渗透区构成,其中焊缝区依次由α-Cu、Cu_2Mg、(Cu+Cu_2Mg)共晶、(Mg+Mg_2Cu)共晶、α-Mg组成,镁基体晶界渗透区由α-Mg和沿其晶界分布的Mg_(17)(Cu,Al)_(12)、(λ_1+Mg_2Cu+Mg)共晶组成。加压方式对焊缝区的宽度和α-Mg的晶粒尺寸及形态影响较大,间歇性梯度加压的焊缝区宽度最大,达1.97mm,α-Mg呈粗大的柱状晶和胞状晶;梯度加压时焊缝区宽度较小,α-Mg晶粒尺寸减小;恒压加压时焊缝区宽度最小,α-Mg呈等轴晶。     

铝基复合材料的Al-Cu合金中间层瞬间液相扩散连接

采用Al—Cu合金作为中间层研究了铝基复合材料(Al2O3p／6061Al)瞬间液相扩散连接接头的组织与力学性能。研究结果表明，在Al—Cu／A12O3p／6061Al接头中无明显的增强相偏聚区和增强相贫化区，且接头成分分布较为均匀；在Al—C。合金中间层厚度30μm、连接温度600℃、连接时间30min条件下，接头抗剪强度为130～140MPa,较Cu／A12O3p／6061Al接头抗剪强度提高45％。因此，采用Al—Cu中间层是改善铝基复合材料接头力学性能的有效途径。     

焊接温度对Mg/Al扩散焊接头微观组织和性能的影响

采用真空扩散焊在不同焊接温度下对AZ31B镁合金和6061铝合金进行连接。利用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和能谱（EDX）观察Mg/Al异种金属接头的显微组织。结果表明：随着焊接温度的升高,扩散区各层的厚度增加,且组织发生明显变化。440°C时扩散层由Mg2Al3层和Mg17Al12层组成;460和480°C时由Mg2Al3层、Mg17Al12层和Mg17Al12与镁基固溶体的共晶层组成。随着加热温度的升高,高硬度区域显著增多,区域内不同位置的硬度存在明显差别。当焊接温度为440°C时接头的最大抗拉强度为37MPa,脆性断裂发生在Mg17Al12层。     

镁合金与钛合金的瞬间液相扩散焊

为实现镁合金AZ31B与钛合金Ti6A14V的可靠连接，研究了两者以Al为中间层的瞬间液相扩散焊接头的微观结构与连接强度。研究结果表明：当焊接时间为180min时，焊接温度是影响界面反应热力学与动力学的主要参数，其对接头的微观组织、接头界面新生相构成与连接强度有重要影响。保温温度低于450℃时，AZ3IB／AI界面无液相产生，无法实现AZ31B与Ti6A14V的可靠连接；保温温度在450℃～480℃变化时，温度对AZ31B／Al／Ti6A14V界面反应的动力学因素有明显影响，且直接决定了焊后接头新生相的构成与分布。470℃保温180min的接头剪切强度较高（72．4MPa），达到AZ31B母材（86MPa）的84．2％。     

TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物的扩散连接

对TiB2金属陶瓷与TiAl金属间化合物进行了扩散连接试验，研究了直接扩散连接和采用Ni为中间层进行扩散连接的接头界面结构及工艺参数对界面结构和连接性能的影响。直接扩散连接时，连接界面处生成了Ti(Cu，Al)2金属间化合物，采用Ni为中间层进行扩散连接时，界面处生成了单层TiAlNi2金属间化合物层和两层T1，Al，N2扩散层共三层结构。直接扩散连接时，连接温度T＝1223K，时间t=1．8ks，压力p＝80MPa时接头强度为103MPa；采用Ni为中间层时，连接温度T＝1273K，时间t=1．8ks，压力p=80MPa时接头强度为110MPa。     

Mg/Cu/Al接触反应钎焊工艺及元素扩散行为分析

采用铜中间层对镁合金与铝合金进行了接触反应钎焊,利用SEM,EDS研究了接头的微观形貌及组织结构,并对界面Cu元素的扩散行为进行了分析. 结果表明,铜中间层可有效阻隔镁与铝的接触反应,界面无Mg-Al系金属间化合物生成;相同温度下,Cu原子在Mg元素中的扩散能力远大于在铝中的扩散能力,导致Al/Cu侧在温度低于560 ℃时无法产生有效连接,且温度高于570 ℃时镁合金溶解过多,工艺区间过窄. 在565 ℃保温20 min可实现连接,但抗剪强度仅12.6 MPa. 采用低温长时间保温,随后高温短时加热的工艺可实现Mg/Cu/Al接头有效连接. 在475 ℃保温60 min,560 ℃加热7 min的条件下,接头强度可达31.2 MPa.     

AZ91D镁合金表面覆铝的显微组织及性能

在大气环境中、恒定压力作用下,使用镁铝共晶合金粉末作为连接剂在AZ91D镁合金表面进行覆铝处理.利用扫描电子显微镜分析了铝箔与镁合金结合界面的显微组织结构,通过电化学腐蚀试验及球盘磨损试验对覆铝试样表面的耐腐蚀性和耐磨性进行了测试.结果表明,结合界面由Al_3Mg_2层、Mg_(17)Al_(12)层、镁铝共晶层、镁铝锌化合物层组成,覆铝后试样的耐蚀性、耐磨性较AZ91D镁合金均有提高.     

表面毛化不锈钢与纯铝的真空扩散连接

采用冷金属过渡技术(CMT)对不锈钢表面进行毛化,在其表面制备高度为3 mm、分布密度为9个/cm2的毛刺,毛刺中心横向及纵向间距均为3 mm. 研究其与纯铝进行真空扩散连接接头的界面组织和性能,分析不同保温时间对接头组织和性能的变化规律. 结果表明,在扩散连接温度为600 ℃,保温时间为60 min,压力为3 MPa的工艺条件下,表面毛刺刺入铝母材内部,使得表面氧化膜有效去除,接头形成连续的Fe₂Al₅+FeAl₃界面反应层,相比不锈钢与纯铝的直接真空扩散连接,接头拉剪强度显著提高. 此外,在扩散连接温度一定时,随保温时间的增加,反应层厚度增加,接头拉剪强度呈现先增大后减小的变化趋势.     

Titanium diboride-metals gradient materials prepared by field activated diffusion bonding process

Functionally gradient samples are prepared by getting metal Ni or Cu bonded with Ni-matrix composites reinforced by TiB_2 particles by field activated diffusion bonding process.The intermetallic compound of Ni_3Al has been applied as a mediate layer in order to reduce residual stress.The microstructure,phase composition of the interfaces between the metal and Ni_3Al are determined and the mechanical properties of the gradient materials are characterized.Elemental concentration profiles across the interfaces between layers showed significant diffusion dissolution and formation of firm bonds.Measured micro-hardness values of the sample increased monotonically from the metal substrate to the surface layer of composites.The values for the surface composite layer ranged from about 2 000 HK to 3 300 HK.The results of this investigation demonstrate the feasibility of field activated diffusion bonding process for rapid preparation of FGMs.     

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。     

镁合金表面新颖多层的耐腐蚀Mg-Al金属间化合物涂层(英文)

通过AlCl3-NaCl熔盐扩散表面改性,在镁合金表面制备多层的Mg-Al金属间化合物层。熔盐扩散的处理温度为400 °C,此温度低于纯铝粉扩散的处理温度。熔盐扩散处理后,在镁合金表面形成 Al12Mg17、Al0.58Mg0.42和Al3Mg2多相层的金属间化合物涂层。通过电化学阻抗实验将表面改性和未经表面改性的镁合金的耐蚀性进行比较,发现镁合金表面经过熔盐扩散处理的极化电阻远大于未经表面改性镁合金的。这是因为在镁合金表面形成均匀的多相金属间化合物层。     

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.     

Investigation on reactive diffusion bonding of SiCp/6063 MMC by using mixed powders as interlayers

Mixed Al–Si, Al–Cu and Al–Si–SiC powders were used as interlayers to reactive diffusion bond SiCp/6063 MMC. The microstructure and the effects of bonding parameters on the shear strength of SiCp/6063 MMC joints were investigated. The results show that SiCp/6063 MMC joints bonded by using the interlayers of mixed Al–Si, Al–Cu powders have a dense joining layer of high quality. The mass transfer between the bonded materials and the interlayers during bonding leads to the hypoeutectic microstructure of the joining layers. Using mixed Al–Si–SiC powder as an interlayer, SiCp/6063 MMC can be reactive diffusion bonded by a composite joint. Because of the SiC segregation, however, there are a number of porous zones in the joining layer. This is responsible for the low shear strength of the joints, even lower than those reactive diffusion bonded by using the interlayers of mixed Al–Si and Al–Cu powders. Ti added in the interlayer obviously improves the joint strength reactive diffusion bonded by using the mixed Al–Si–SiC powder.     

热扩散对镁合金锌铝涂层界面组织和性能的影响

选用具有较低熔点的锌作过渡层,采用热喷涂工艺在AZ91D镁合金表面制备了锌铝涂层,并分析热扩散对锌铝涂层界面组织和性能的影响.研究表明:经热扩散处理后,涂层与基体界面处形成扩散熔合区,扩散熔合区由Mg-Zn-Al金属间化合物及其固溶体组成;由于扩散熔合区的形成,使涂层的显微硬度和耐磨性能均显著提高.