MWCNTs-AZ91復(fù)合材料焊接性研究.pdf

1、碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料是一種新型的金屬基復(fù)合材料，目前對(duì)其制備方法的研究已有了突破性進(jìn)展，而對(duì)該復(fù)合材料的焊接性研究還處于初步探索階段。本文以攪拌摩擦加工制備的 MWCNTs/AZ91復(fù)合材料作為研究對(duì)象，分別采用真空電子束焊與攪拌摩擦焊對(duì)碳納米管增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料進(jìn)行焊接，研究了工藝參數(shù)對(duì) MWCNTs/AZ91復(fù)合材料焊縫組織和性能的影響規(guī)律。主要的研究結(jié)論如下：
　　電子束焊接 MWCNTs/AZ91復(fù)合材料的焊接接頭組織變

2、化明顯，未添加掃描函數(shù)時(shí)，焊縫組織中MWCNTs團(tuán)聚現(xiàn)象較為嚴(yán)重，焊縫中心區(qū)域存在組織疏松缺陷；添加頻率為200HZ圓函數(shù)的掃描函數(shù)后，焊縫中的MWCNTs分布較均勻，焊縫中心區(qū)域無(wú)組織疏松缺陷。在熱輸入量較高時(shí)，MWCNTs/AZ91復(fù)合材料電子束焊接接頭熔合區(qū)焊縫一側(cè)，MWNTs分解且與Al元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成了Al4C3相，并在該區(qū)域產(chǎn)生了大量的凝固裂紋。MWCNTs/AZ91復(fù)合材料電子束焊接時(shí)，焊縫區(qū)存在一定程度的組織軟化，且

3、隨著焊接熱輸入的增加，焊縫軟化程度加深；
　　CNs/AZ91復(fù)合材料真空電子束焊接時(shí)，在添加有頻率為200HZ的圓掃描函數(shù)，焊接速度為45mm/s條件下時(shí)，焊縫中MWCNTs分布較均勻，焊縫中心區(qū)域無(wú)組織疏松缺陷。當(dāng)焊接速度較低時(shí)，焊接熱輸入量增加，Mg元素汽化蒸發(fā)嚴(yán)重，MWCNTs分解并與Al發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成Al4C3相，并且熔合區(qū)出現(xiàn)大量裂紋；當(dāng)焊接速度較高時(shí)，焊接熱輸入量降低，接頭熱影響區(qū)、熔合區(qū)附近出現(xiàn)了嚴(yán)重的 MWCN

4、Ts團(tuán)聚，并且這些區(qū)域普遍存不同程度的組織疏松。MWCNTs/AZ91復(fù)合材料真空電子束焊接接頭焊縫區(qū)硬度值下降顯著，隨著真空電子束焊接熱輸入的增加，焊縫區(qū)組織硬度下降明顯，焊縫組織軟化程度加劇。
　　攪拌摩擦焊接 MWCNTs/AZ91復(fù)合材料時(shí)隨著攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度的增加，焊縫表面成形逐步改善。MWCNTs/AZ91復(fù)合材料攪拌摩擦焊接焊縫組織中MWCNTs的團(tuán)聚現(xiàn)象明顯減少，焊縫碳納米管的分布均勻性要優(yōu)于母材，在攪拌頭旋轉(zhuǎn)速度為

5、700r/min，攪拌頭傾斜角度為2°，焊接速度為24mm/min的條件下時(shí)，焊縫中碳納米管的分布均勻性改善明顯，焊縫硬度、接頭抗拉強(qiáng)度和延伸率得到顯著提高。
　　比較了MWCNTs/AZ91復(fù)合材料電子束焊接與攪拌摩擦焊接。當(dāng)MWCNTs/AZ91復(fù)合材料采用電子束焊接的焊接方法時(shí)，焊接接頭焊縫中的金屬極易汽化蒸發(fā)且焊縫中易出現(xiàn)組織疏松、裂紋等缺陷，而且MWCNTs出現(xiàn)了一定程度的偏聚現(xiàn)象和嚴(yán)重的燒損現(xiàn)象，并與Al元素發(fā)生化學(xué)反