Mg/Al异种金属焊接技术的研究现状及最新进展

Mg合金和Al合金具有密度小、比强度高、导热性好等一系列优点,近些年来,Mg合金和Al合金异种金属焊接在航空航天、汽车制造工业等领域有广泛的应用需求。但是,采用传统的铆接和熔化焊等方法连接Mg/Al异种金属时,获得的接头质量差,Mg/Al异种金属的焊接研究已成为国内外学者研究的热点。针对Mg/Al异种金属的焊接时易形成脆性金属间化合物(IMC)如Mg_(17)Al_(12)和Mg_2Al_3的特点以及存在的问题,综述了Mg/Al异种金属常用焊接方法、工艺特点及应用情况,论述了一些重要的工艺参数及其对焊缝质量的影响,并对显微组织和冶金反应进行了描述,讨论了焊缝的硬度、拉伸性能和疲劳强度等力学性能。并对Mg/Al异种金属的焊接研究方向进行了展望,为后续研究提供基础。     

Si、Mg含量对Al-Mg-Si合金显微组织及显微硬度的影响

通过添加不同含量Si和Mg,研究Si、Mg对Al-Mg-Si合金显微组织与显微硬度的影响。采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）和显微硬度计分别对合金的微观形貌、相组成及显微硬度进行测试分析。结果表明：合金中主要有初生α-Al、骨骼状Mg2Si相、板片状共晶Si,还会出现少量的Al9Si、Al8Si6Mg3Fe、Al0.3Fe3Si0.7 和Al0.5Fe3Si0.5。随着Si含量的增加,Al-Mg-Si合金中α-Al枝晶变得细小,初生硅含量增加。随着Mg含量的增加,α-Al枝晶变粗、变大,从α-Al基体和初晶Si中的析出相逐渐明显,Mg2Si强化相聚集长大,同时α-Al初生晶尺寸增大。随着Si含量的增加,Al-Mg-Si合金的显微硬度也随之提高。随着Mg含量的增加,合金显微硬度先增大后减小。     

铝含量对碳纳米管／镁基复合材料的影响

研究了Al含量对碳纳米管/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明,当Al含量为8%时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量增加,复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致复合材料的抗拉强度和伸长率下降.     

7075铝合金的热处理工艺与组织性能研究

研究了固溶和时效热处理对锻态7075合金显微组织、硬度和拉伸力学性能的影响,并对断口形貌进行了观察。结果表明,锻态7075合金中的第二相主要为Al7Cu2Fe、η(Mg Zn2)和S(Al2Cu Mg)相;经过固溶处理后,晶界处η(Mg Zn2)相已经回溶至基体中;固溶温度为480℃时组织中存在Al7Cu2Fe相,而η(Mg Zn2)和S(Al2Cu Mg)相消失;随固溶温度升高,合金显微硬度先上升后减小,在470℃时显微硬度最高;随固溶时间延长,显微硬度先上升后降低,在240 min时硬度最大;延长时效时间,合金抗拉强度和屈服强度都有所提高,而断后伸长率略有降低;7075合金经470℃×240 min固溶以及125℃×24 h时效后可以获得良好的强度和塑性。     

Al含量对Mg_2Ni化合物结构和力学性能的影响

采用热压烧结制备Mg2Ni化合物,研究了Al含量对Mg2Ni化合物结构和力学性能的影响。结果表明:采用热压烧结可制备出Mg2Ni化合物,添加10%Al时了生成新AlNi化合物相。随Al含量增加,烧结产物显微硬度增加,Al含量少于10%时显微硬度增加主要由于固溶增强,Al含量高于10%时显微硬度增加主要为化合物增强。烧结产物的弯曲强度随Al含量增加先增大后减小。     

Al对K4169合金铸态组织和力学性能的影响

采用手工电弧炉熔炼制备了不同Al含量的K4169高温合金.显微组织和力学性能研究表明:随着Al含量的增加,合金铸态组织的二次枝晶臂变得发达,枝晶间析出相增多,Nb、Mo、Ti和Fe元素在枝晶和枝晶间的偏析程度减轻:Al含量增加使得合金的屈服强度和硬度明显提高,当Al含量为1.25wt%时,其屈服强度和硬度达到最大值,但是Al含量增加至1.45wt%时,合金晶界上析出了大量的Laves相,反而降低了合金的屈服强度和硬度.     

Al含量对Mg-xAl-1Zn-1Si合金组织与力学性能的影响

研究了Al含量对Mg-x Al-1Zn-1Si(x=4,6,8,wt%)合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金主要由α-Mg、β-Mg17Al12和Mg2Si相组成。随着Al含量的增加,α-Mg基体晶粒尺寸先减小后增大;呈网状分布于晶界上的Mg17Al12相的体积分数逐渐增大;Mg2Si相由原来粗大的汉字状逐渐转变为相对细小的杆状。Al含量从4%增加到6%和8%时,α-Mg基体晶粒的平均尺寸分别为30、20和40μm,合金硬度逐渐提高;其室温与150℃抗拉强度、屈服强度和伸长率先升高后下降;合金拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。     

添加Mg和Cu对Al-Fe-V-Si合金组织与性能的影响

采用OM、SEM、XRD、力学拉伸实验、硬度测试等手段研究了单独添加Mg及同时添加Mg和Cu对铸态Al-Fe-V-Si合金及其热挤压棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明：添加Mg可以明显细化Al-Fe-V-Si合金的铸态组织，改善铝铁相的形貌与分布，还有利于提高合金的硬度与强度；同时添加Mg和Cu时，Cu部分抵消了Mg的细化作用，但经过热处理后，Mg2Si、Al2Cu和Al2CuMg相的形成，使合金的硬度与强度进一步提高。     

铜含量对触变成形Al-Si-Cu-Mg合金显微组织与力学性能的影响（英文）

研究了铜含量对触变Al-6Si-xCu-0.3Mg(x=3,4,5,6,质量分数,%)合金显微组织与力学性能的影响。试样在液相分数为50%时进行触变成形,并对部分样品进行T6热处理。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射、硬度和拉伸测试对样品进行表征。结果表明,冷却倾斜板铸造和触变成形工艺能促进铝基体中细小分散的金属间化合物的形成。与硬模铸造相比,合金的力学性能大幅度提高。随着铜含量的增加,触变成形合金的硬度和拉伸强度提高。热处理触变成形Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为298MPa、201 MPa和4.5%。而当铜含量增加至6%时,合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为361 MPa、274 MPa和1.1%。触变成形Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金的失效形式为韧窝断裂,而当铜含量增加至6%时,失效形式为解理断裂。     

Al-Mn合金组织与性能的研究

对Al-Mn合金的显微组织、力学性能以及在不同热处理状态下的力学性能进行了研究。研究结果表明:Al-Mn合金的显微组织为a固溶体基体上分布着AlMn6和Al11Mn4金属间化合物,随着锰含量的增加,析出金属化合物数量增加,晶粒变粗;合金在Mn含量为0.90wt%～2.15wt%的范围内,强度随含Mn量的增加而增加;当含Mn量大于2.15%时,强度随含Mn量的增加而降低。Al-Mn合金的硬度随含锰量的增加而增加,塑性韧性随含Mn量的增加而下降;Al-Mn合金不能通过热处理进行强化。     

第三代汽车钢表面合金镀层的性能

采用热浸镀方法在第三代汽车钢表面制备了3种不同组分的合金镀层,研究了Al含量和Si元素添加对合金镀层物相组成、显微组织、显微硬度、耐腐蚀性能的影响。结果表明:Zn-0.6Al-1.6Mg、Zn-1.8Al-1.6Mg和Zn-1.8Al-1.6Mg-0.25Si合金镀层的主要物相都为Zn、Al和MgZn_2,在Zn-1.8Al-1.6Mg-0.25Si合金镀层中还出现了黑色的针状Mg_2Si相,增加Al含量和添加Si元素后,合金镀层的晶粒更加细小、组织均匀性提高;Zn-0.6Al-1.6Mg、Zn-1.8Al-1.6Mg和Zn-1.8Al-1.6Mg-0.25Si合金镀层的显微硬度分别为164.5、186.1、195.4 HV,不同组分的合金镀层的耐腐蚀性能从高至低顺序为Zn-1.8Al-1.6Mg-0.25SiZn-1.8Al-1.6MgZn-0.6Al-1.6Mg,在合金镀层中增加Al含量或者添加Si元素都有助于提升合金镀层的显微硬度和耐腐蚀性能。     

Al含量对Zr-Cu-Ni-Al合金力学性能的影响

借助X-射线衍射仪、数字显微硬度计、扫描电镜和万能材料试验机等设备研究了Al含量变化对Zr合金力学性能的影响。结果表明,随着Al含量的增加,合金组织中的晶粒变小,合金硬度,压缩强度增加;当Al原子含量达到10%时,合金的硬度,强度都最佳;随着Al含量的进一步升高,合金力学性能下降。     

Fe、Mn、Ce对压铸Al-Mg和Al-Mg-Si合金组织和性能的影响

研究了几种主要合金化元素Fe、Mn、Zn以及稀土元素Ce在Al Mg4.5和Al Mg4.5Si2.6压铸合金中的存在形式,比较了显微组织中第二相种类和形貌对合金力学性能的影响。结果表明Al Mg4.5Si2.6压铸合金中主要存在α-Al相、多边形状Al8(Fe,Mn)_2Si相、层片状Al-Mg_2Si共晶相和短棒状Al(Si)Ce相,Al Mg4.5压铸合金中主要存在α-Al相、少量Al-Al3Mg2共晶相、长条状Al_6(Fe,Mn)相以及不规则的小块状Al_4Ce相,微量Zn主要固溶于合金基体中。在两种合金金相组织中都有剪切带的存在,溶质原子在该区域富集,第二相含量更高。相比于Al Mg4.5合金,Al Mg4.5Si2.6合金强度和硬度更高,但是塑性较低。Al Mg4.5Si2.6合金中层片结构的Al-Mg2Si共晶组织在拉伸过程中容易形成解理台阶,表现为明显的脆性断裂。Al Mg4.5压铸合金在拉伸过程中表现为穿晶断裂和沿晶断裂的混合断裂机制,长条状的Al6(Fe,Mn)粒子尖端处很容易造成应力集中,加速了合金的断裂。     

均匀化处理对AZ31镁合金组织和性能的影响

通过金相组织分析和拉伸性能测试,研究了均匀化温度和保温时间对铸态AZ31镁合金显微组织和拉伸强度的影响,据此分析了均匀化处理的最佳工艺参数.结果表明,均匀化工艺能有效消除铸造组织中沿晶界分布的树枝状金属间化合物Mg17Al12,可通过提高塑性和降低硬度来改善合金的热加工性能.通过对比组织和性能,铸态AZ31镁合金最佳的均匀处理化工艺为420℃×12h.     

Al含量对CNTs／镁基复合材料显微组织和力学性能的影响

研究了Al含量对CNTs／镁基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明：Al是CNTs／镁基复合材料中强化相p相的组成元素,Al含量的增加使CNTs／镁基复合材料中β相也增加,提高了复合材料的强度但降低了其塑性。当Al含量为8％时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量的进一步增加,β-Mg17Al12相析出增加,在复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致抗拉强度和伸长率下降。     

AZ91镁合金激光表面改性后的微观组织和耐腐蚀性能研究

以AZ91镁合金为对象,利用激光表面合金化方法对其进行表面改性,研究激光熔覆合金层的微观组织、硬度和耐腐蚀性能。结果表明,激光合金化涂层的主要物相为Mg2Si、Al12Mg17、Al3Mg2金属间化合物以及α-Mg和Al固溶体。激光合金化改性后,涂层的显微硬度明显高于AZ91镁合金基体,耐腐蚀性能也大幅度提高。     

Al含量对ONTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响

研究了Al含量时CNTs/镁基复合材料显微组织和力学性能的影响.结果表明:Al是CNTs/镁基复合材料中强化相β相的组成元素,Al含量的增加使CNTs/镁基复合材料中β相也增加,提高了复合材料的强度但降低了其塑性.当Al含量为8%时,复合材料晶粒细小,并具有最佳的强度、硬度和塑性组合;随着Al含量的进一步增加,β-Mg17Al12相析出增加,在复合材料中出现粗大的、沿晶界连续分布的金属间化合物Mg17Al12相,导致抗拉强度和伸长率下降.     

Mg-5Al-xY合金的铸态组织及力学性能

研究了稀土钇(Y)对Mg-5Al镁合金铸态组织、高温力学性能及硬度的影响.结果表明:一定含量稀土Y的加入抑制了合金中Mg17Al12相的析出,形成了细小颗粒状和粗大块状的Al2Y耐热新相,显著提高了合金在175℃高温下的拉伸性能以及合金的显微硬度,合金的断裂特性由准解理断裂向准韧性断裂转变.     

稀土La对AlSi7Cu2Mg合金组织与性能的影响

制备了不同La含量的AlSi7Cu2Mg合金,通过显微组织观察,拉伸性能测试,研究了La含量对AlSi7Cu2Mg合金组织与力学性能的影响。结果表明,添加0.3wt%的La对AlSi7Cu2Mg合金的组织细化效果最好,稀土La含量达到0.5%时,AlSi7Cu2Mg合金组织中出现富La相,割裂基体,影响合金力学性能。随着La含量的增加,铸态和热处理态的AlSi7Cu2Mg合金抗拉强度和伸长率均先增加后降低。当La含量为0.3wt%时,合金试样的拉伸强度达到最大值,当La含量达到0.5wt%时,合金拉伸强度明显降低。     

Mg-6Al-1Zn-xSi合金的显微组织与高温力学性能

采用重力铸造法制备了不同Si含量的Mg-6Al-1Zn-x Si合金,分析了合金的显微组织,测试了合金在150℃下的拉伸力学性能。结果表明,合金均由α-Mg基体、β-Mg17Al12和Mg2Si相组成。随着Si含量的增加,α-Mg基体晶粒的平均尺寸逐渐减小,Mg2Si颗粒的平均尺寸逐渐增大;β-Mg17Al12由分布于晶界及晶内的点状转变为网状分布于晶界上;合金的高温抗拉强度、屈服强度和伸长率逐渐提高。此外,高温拉伸断裂形式为准解理脆性断裂。