AZ31B/Cu复合材料的扩散焊制备与界面显微组织分析

采用真空扩散焊工艺,在加热温度500℃、保温时间40 min、压力2.5 MPa、真空度1.0×10-2 Pa下制备了变形镁合金AZ31B/Cu双金属复合材料,并对复合材料界面区的微观结构和力学性能进行分析,探讨了界面反应层的形成机理。结果表明:铜在镁合金一侧富集出现晶界渗透现象。镁合金/Cu界面的组织依次为:α-Mg和沿其晶界析出相Mg17(Cu,Al)12/α-Mg/(α-Mg+Mg2Cu)共晶/Cu2Mg金属间化合物/(α-Mg+Mg2Cu)共晶/Cu(Mg)固溶体。硬度在基体两侧到界面中心区域内呈台阶式增加,最高显微硬度达到3510 MPa。Cu2Mg两侧的共晶液相出现具有先后次序,晶界渗透区与Cu2Mg之间先形成Mg-Cu共晶液相,然后共晶液相中的Mg原子穿越Cu2Mg层扩散至Cu侧,在Cu2Mg与Cu(Mg)固溶体之间形成Mg-Cu共晶液相。复合材料的界面抗剪强度达到61 MPa,剪切断裂发生在界面扩散层内,断口由撕裂棱和撕裂棱两边的大小不一的解理台阶构成。     

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。     

加压方式对铝夹层AZ31B/Cu扩散钎焊接头组织和性能的影响

为了实现镁铜之间的可靠连接,以铝为中间夹层,在加热温度为500℃、保温时间20 min条件下,分别采用不同的加压方式对AZ31B和Cu进行扩散焊接。利用SEM、EDS、XRD、显微硬度计、万能拉伸实验机分析焊接接头的显微组织和性能。结果表明:扩散钎焊接头包括钎缝区和镁基体渗透区两部分。间歇性梯度加压时,钎缝区厚度最大,达到0.56 mm,显微组织依次为铜侧条状A_(l2)CuMg化合物、均匀连续的层片状(α-Mg+Al_(12)Mg_(17))_(共晶)和(Mg_2Cu+α-Mg)_(共晶)、镁侧Mg_2Cu化合物,接头平均剪切强度达到71.67 MPa;梯度加压时的钎缝区厚度减小,显微组织中的条状化合物增多,共晶组织为菊花状(α-Mg+Al12Mg17);恒压时的钎缝区厚度最小,约为0.3 mm,组织以粗大的Al-Cu二元化合物和Al-Cu-Mg三元化合物为主,接头硬度最大,平均剪切强度降低至60.33 MPa。加压方式对钎缝区的厚度、共晶组织分布形态和接头的力学性能均有较大影响,间歇性梯度加压下接头的硬度最低,剪切强度最高。     

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。     

Al-Cu扩散偶的界面反应

用"铆钉法"制备了界面为曲面的Al-Cu二元扩散偶,将扩散偶于真空退火炉中在不同工艺条件下进行热处理;利用彩色金相、显微硬度测试方法对扩散偶界面区域进行了观察测试。结果表明,Al-Cu扩散偶在500℃下保温25～125h和520℃下保温25～100h的热处理条件下界面形成了厚度均匀的扩散层,扩散层包括3个亚层;在520℃下保温125h时界面扩散层靠近Al基体一侧形成共晶组织,并迅速向Al基体内部扩展;扩散层的显微硬度明显高于Al、Cu基体,说明形成了脆性的金属间化合物。     

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。     

热处理对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响

研究了不同热处理方式对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响,探索适合Al/Mg双金属铸件的热处理新工艺。结果表明,均匀化退火+空冷的热处理方式会使Al/Mg双金属界面层产生裂纹缺陷,主要由于在较快的冷却速度下,基体和界面金属间化合物的膨胀系数不同,界面处应力较大,易开裂;而均匀化退火+炉冷的方式下Al/Mg双金属界面层未产生裂纹缺陷,且在Al基体和Al_3Mg_2+Mg_2Si反应层间产生了一个由Al(Mg)固溶体+Mg_2Si组成的新扩散层。随着均匀化退火时间的增加,新的扩散层厚度不断增加,界面处Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶反应层的δ-Mg晶粒尺寸逐渐增大,镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相不断固溶到初生相中。多级均匀化退火+时效处理相比于单级均匀化退火更能使界面层的组织和成分均匀,并促使镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相呈细小层片状析出。     

铜夹层Ti-6Al-4V/AZ31B异种金属的扩散连接

采用纯铜(Cu)箔作为中间过渡层在真空下对钛合金Ti-6Al-4V与镁合金AZ31B异种金属进行扩散连接。用冷场发射扫描电镜、能谱仪等对连接接头进行微观分析,利用拉伸试验获得接头强度。结果表明:530℃的扩散焊接头结合良好,界面区呈层状结构,相结构依次为γ-Cu固溶体、Cu3Ti、Cu2Al、Mg-Cu-Al三元金属间化合物、Mg17(Cu,Al)12及(α-Mg+Mg2Cu)共晶组织。520℃时,AZ31B/Cu界面无液相产生,无法实现AZ31B与Ti-6Al-4V的可靠连接;530℃时,共晶组织与金属间化合物共存于接头界面区,形成冶金连接;焊接温度为550℃时,共晶组织消失,接头界面区Mg-Cu-Al三元金属间化合物呈连续网状分布。焊接接头的剪切强度随保温时间的增加呈先上升再下降的趋势,30 min的接头剪切强度达到最大值,约为61 MPa。     

Ni夹层AZ31B/Cu异种材料接触反应钎焊接头组织及性能分析

采用Ni箔作为中间层,对AZ31B/Cu异种金属进行接触反应钎焊试验。对不同工艺参数下所得接头扩散区的组织及性能进行研究,从而找出最佳工艺参数范围。结果表明:当500℃×30 min时,焊接接头组织致密,界面接触良好,接头扩散区由Cu侧灰白色化合物层、层片状共晶组织层和深灰色Mg基体扩散层组成;当焊接温度500℃保温10~30 min时,焊合效果良好,无冶金缺陷;随着保温时间的延长,接头界面区主元素互扩散能力和扩散区宽度均升高;不同保温时间下钎焊接头的显微硬度分布规律基本一致,从Cu侧到Mg基体均呈先增后减的变化趋势,且接头扩散区的显微硬度明显高于两侧母材。     

铸造1060/Mg-2.0Mn-0.6Ca包铝镁合金的界面结构与显微组织

为探索和改善轧制包铝镁合金板的界面结合状况,用气体保护铸造法制备1060/Mg-2.0Mn-0.6Ca包铝镁合金锭。用OM,SEM,EDS和XRD等对复合铸锭基体及界面的显微组织和相结构进行观察和分析。结果表明:Mg-2.0Mn-0.6Ca合金的铸态组织由α-Mg基体相,弥散分布的粒状β-Mn相以及少量沿晶界分布的片层状α-Mg+Mg2Ca共晶体组成。铸造包铝镁合金锭界面形成扩散溶解层,扩散溶解层由α-Mg固溶体、α-Mg+β-Mg17Al12共晶层、β-Mg17Al12及AlMg化合物层组成,并在共晶层组织中弥散分布有短杆状Al9Mn相。铸造Mg-2.0Mn-0.6Ca合金界面附近扩散溶解层形成是微区"熔池"重结晶的过程,而在Al1060界面附近,扩散层形成是扩散型固态相变的过程。     

镁/铜异种金属激光填丝熔钎焊接特性分析

对T2纯铜板与AZ31B镁合金板以搭接接头形式进行激光填丝熔钎焊试验,研究了等热输入下激光功率对镁/铜界面附近物相结构、分布和接头性能的影响. 结果表明,在适当的焊接工艺参数下可获得成形良好并具一定强度的镁/铜搭接接头,抗剪强度最大可达164.2 MPa,为镁合金母材的64%. 激光功率较低时,镁/铜界面主要为极薄的Mg-Cu共晶组织. 当激光功率较高时,从焊缝侧到铜侧,界面组织为α-Mg+(Mg,Al)2Cu共晶组织/Mg2Cu+Cu2Mg金属间化合物/Mg-Al-Cu三元化合物/Mg2Cu+Cu2Mg金属间化合物;焊缝侧到铜侧,硬度先增大而后突然减小,再缓慢增大,结合面附近达到最大硬度165 HV. 金属间化合物是影响焊接接头性能的主要因素,接头在此处发生脆性断裂.     

Ti-Ni-Cu三元扩散偶的界面研究

采用"铆钉法"制备了界面为曲面的Ti-Ni-Cu三元扩散偶,使用光镜和扫描电镜,结合电子探针微区元素分析技术,对扩散反应进行了分析.结果表明,Ti-Ni-Cu三元扩散偶在973 K反应200h,共生成了10个扩散溶解反应层,其中包括两个Ti-Ni二元金属间化合物(Ti2Ni,TiNi);3个Ti-Cu二元金属间化合物(TiCu,Ti3Cu4和TiCu4);5个Ti-Ni-Cu三元金属间化合物(TiNi2Cu,CuNi29Ti10,Cu3NiTi8,Cu12NiTi7,Ti50Ni32Cu18).     

固溶处理对 Mg-4Li-1Ca-4.1Al-0.5Si 合金显微组织和硬度的影响

采用普通重力铸造法制备Mg-4Li-lCa-4.1Al-0.5Si合金,考察合金在不同温度固溶处理1 h、400℃固溶处理不同时间后的微观组织演变和显微硬度.结果表明,铸态合金由α-Mg基体、(α-Mg+AlLi)二元共晶、(α-Mg+AlLi+(Mg,Al)2Ca)三元共晶及块状CaMgSi组成.其中,AlLi相呈细...     

退火温度对AZ31B/A356轧制复合板组织及性能的影响

通过液-固铸轧技术制备了Mg/Al复合板,随后经过退火热处理,研究退火温度对复合板微观组织及力学性能的影响。结果表明,Mg/Al复合板界面过渡区分为3个区域,靠近AZ31B一侧形成了δ-Mg和Mg_(17)Al_(12)过渡区(Ⅰ),靠近A356一侧形成α-Al和Al_3Mg_2过渡区(Ⅱ),扩散界面中间区(Ⅲ)为Mg_(17)Al_(12)、Mg_2Si和Al_3Mg_2,且Al侧过渡区宽度大于Mg侧过渡区的。界面过渡区的显微硬度明显高于两侧合金。当退火温度不高于250℃时,界面过渡区不会形成新的金属间化合物。当高于250℃时,界面过渡区的厚度随退火温度的升高呈指数型增长。在250℃退火180min后复合板的抗拉强度、屈服强度及伸长率分别达到188MPa、148MPa和10.1%,力学性能最佳。     

Ni中间层超声辅助瞬间液相扩散连接镁合金机制

为了研究超声作用时间对镁合金连接接头显微组织与力学性能的影响,以纯镍中间层对MB8镁合金进行超声辅助瞬间液相扩散焊(U-TLP)。结果表明:在520℃时超声作用10 s即可去除母材表面氧化膜。随着超声作用时间的延长,Ni箔与母材Mg发生共晶反应,并逐渐被消耗,α-Mg+Mg_2Ni共晶产物开始先增多,而后在超声头压力和声流作用下被逐渐挤出。超声作用30 s时,由于易使接头变脆的Mg_2Ni被挤出,钎缝主要以α-Mg(Ni)为主,此时接头剪切强度达到最大(107 MPa),达到母材强度的102%,断裂位置为钎缝中反应生成的α-Mg固溶体区域。     

Mg/Al真空扩散焊接头界面的显微组织和力学性能

对Mg/Al异种金属进行真空扩散焊接,采用SEM和XRD等手段分析接头界面微观结构和相成分,研究Mg/Al界面组织结构的演变规律,测试接头的抗弯强度。结果表明:真空扩散焊接能够实现Mg1/Al1060的连接;扩散焊接过程中,界面发生扩散反应生成中间相Mg_2Al_3和Mg_(17)Al_(12),且Mg_2Al_3相生长速率要快于Mg_(17)Al_(12)相;中间相由初始的岛状组织,经纵向长大相互连接,最后形成均匀平直的扩散反应层;接头最高抗弯强度为36.3MPa,断裂发生在扩散反应层,属于准解理断裂。     

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。     

Mg/Cu接触反应钎焊中共晶液相的产生及铺展行为的研究

研究Mg/Cu接触反应共晶液相产生的方向性以及共晶液相在Mg、Cu基体表面的铺展行为,揭示了加热温度和保温时间对共晶液相在铜基体表面铺展面积的影响规律。结果表明,Mg-Cu共晶液相优先在Cu/Mg扩散偶的镁一侧形成,其与基体存在润湿铺展和晶间渗透两种作用,其中共晶液在铜基体上以润湿铺展为主,而在镁基体上以晶间渗透为主。加热温度520℃、保温时间超过15 min时,Cu/Mg扩散偶共晶液相开始在铜基体表面铺展,随着保温时间的延长,铺展面积呈现先快速增加后慢速增加的变化规律。随着加热温度的升高,Cu/Mg扩散偶共晶液相在铜基体表面的铺展面积呈现先增加后减小的变化规律。     

连接温度对纯铜瞬时液相扩散连接接头组织及力学性能的影响

采用Cu46Zr46Al8非晶薄片作为连接中间层,在温度750～900℃、压力0.5 MPa、保温时间300 s条件下,对纯Cu进行瞬时液相扩散连接,采用扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)对连接层组织和成分分布进行了分析,并对连接试样的力学性能进行了测试。结果表明,连接界面结合良好,当连接温度较低时(750～800℃),基体与连接界面层发生了扩散反应,形成了3层Cu-Zr金属间化合物反应层;当连接温度在850～900℃时,基体以胞状生长方式长入中间层,而中间层凝固成片层状共晶组织(Cu9Zr2和Cu)。900℃连接试样的抗拉强度为345 MPa,表现出良好的塑性。     

AZ31变形镁合金的铜夹层扩散焊连接试验研究

选取厚度50μm的纯Cu箔作为夹层,在加热温度480℃、保温时间30min、压力10MPa、真空度1×10-2pa条件下对AZ31B镁合金进行真空扩散焊连接,利用SEM、EDS、XRD、显微硬度计等测试方法对接头界面区域的显微组织和性能进行分析.试验结果表明,利用镁与铜原子互扩散在接头处形成扩散界面区,能够实现镁合金的可靠连接.焊接接头由靠近母材一侧的扩散过渡区和中间扩散区组成,其中扩散过渡区主要是Mg(Cu,Al)固溶体基体及弥散析出的Mg17(Al,Cu)12相,中间扩散区主要由Mg2Cu、MgCu2中间相和Mg(Cu)固溶体混合而成.在焊接接头界面区域内,显微硬度值呈现台阶式递增的分布规律,其中扩散过渡区的硬度高出镁基体15～20HV,而中间扩散区的硬度高出镁基体50～60HV.