AZ31鎂合金與5083鋁合金瞬間液相擴散連接研究.pdf

1、隨著國內工業(yè)的高速發(fā)展，被稱為21世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色工程材料鎂合金，在汽車等交通行業(yè)中的應用受到了前所未有的重視。鋁合金目前是應用最廣泛的有色金屬之一，在鎂合金與鋁合金的推廣應用中，不可避免的要面臨鎂合金與鋁合金的連接問題，連接質量的優(yōu)劣，將直接決定鎂合金與鋁合金連接的實際應用價值。關于兩者的連接，存在兩大難點，首先，鎂合金與鋁合金均易氧化，特別是鋁合金表面形成的三氧化二鋁，熔點非常高，在連接過程中非常穩(wěn)定，阻礙了原子之間的擴散；另

2、外，鎂合金與鋁合金連接界面非常容易形成多種脆性相金屬間化合物，使得接頭強度較低。因此，關于兩者連接的研究受到了學術界和工程界科研工作者的高度重視。
　　本文采用瞬間液相擴散連接對鎂合金AZ31和5083鋁合金進行了連接試驗，瞬間液相擴散連接同時具備熔焊和擴散焊兩種連接方法的優(yōu)勢，在連接試驗中，主要采用不加中間層和以純Zn、非晶態(tài) AgCu合金及純Ag為中間層四種工藝，并且嘗試了脈沖加壓的加載方式和過冷連接工藝，借助拉伸實驗機、金相

3、觀察、顯微硬度測試、掃描電鏡觀察、能譜分析、X射線衍射等分析手段研究分析了這幾種工藝對接頭組織和性能的影響。
　　研究表明，鎂合金與鋁合金不加中間層的瞬間液相擴散連接，在各種工藝條件下均實現(xiàn)了兩者的有效連接。主要研究了保溫擴散時間對接頭強度的影響。隨著擴散時間的延長，接頭的強度隨之升高，但升高的趨勢逐漸減弱。另外，相對于恒壓非過冷工藝的接頭，施加脈沖加壓加載方式和過冷工藝可以顯著提高接頭的強度，最高強度達到32.5MPa。造成接頭

4、強度較低的主要原因是在接頭中形成了MgAl、MgAl2、Mg2Al3、Mg17Al12和Mg0.44Al0.56幾種脆性金屬間化合物。
　　針對上面連接過程中存在的由于直接接觸連接形成大量金屬間化合物導致接頭強度較低的問題，研究了鎂合金與鋁合金夾層瞬間液相擴散連接，分別研究了標準瞬間液相擴散連接、脈沖加壓瞬間液相擴散連接和脈沖加壓過冷瞬間液相擴散連接三種工藝，主要研究參數為保溫擴散時間、連接溫度和脈沖上限壓力對接頭組織和性能的影響

5、。
　　純Zn做中間層的連接試驗表明：相對于鎂合金與鋁合金直接接觸的瞬間液相擴散連接，接頭強度有所改善。在T1=390℃，t1=10s，T2=350℃，t2=30min，脈沖加壓2-5Mpa（f=0.5Hz，n=900次）的連接工藝下，接頭強度最高達46MPa。接頭顯微硬度分析發(fā)現(xiàn)，在接頭中間位置出現(xiàn)了較高的峰值硬度，最高達170。接頭的XRD結果表明，在接頭中鎂合金與中間層的接觸一側形成了金屬間化合物MgZn2，一定程度上降低了

6、接頭的力學性能。
　　非晶態(tài)AgCu合金做中間層的研究表明，在500℃保溫5-20min，在保溫過程中施加5MPa的壓力，保溫15min的接頭最高強度達到了135MPa，隨著保溫擴散時間的延長，接頭強度出現(xiàn)了先升高后降低的現(xiàn)象，經過對斷口能譜分析，發(fā)現(xiàn)在保溫20min的接頭結合界面，局部中間層完全參與了反應，使得鎂和鋁接觸，形成了Al3Mg2。鑒于上面的結果，脈沖加壓過冷工藝將保溫擴散時間縮短到3-12min，在540℃保溫30s

7、，然后以10℃/s的速度將溫度降至480℃保溫12min，在保溫過程中施加2-5MPa的脈沖壓力，接頭強度最高達141MPa。還研究了脈沖上限壓力對接頭強度的影響，隨著脈沖上限壓力的升高，接頭強度隨之升高，當上限壓力為20MPa時，接頭強度達到149MPa，但是接頭的壓縮率高達20％。以非晶態(tài) AgCu合金做中間層的接頭拉伸斷口出現(xiàn)了大量韌窩組織。
　　以純Ag做中間層的脈沖加壓過冷瞬間液相擴散連接，在540℃保溫30s，然后以1

8、0℃/s的速度將溫度降至480℃保10min，在保溫過程中施加2-10MPa的脈沖壓力的工藝條件下，獲得了本研究所有接頭的最高強度162MPa。對以純Ag做中間層的接頭，分為Al/Ag擴散連接和Ag/Mg瞬間液相擴散連接分別討論了接頭的形成過程。
　　通過本試驗研究表明，選擇合適的中間層材料可以實現(xiàn)鎂合金與鋁合金脈沖加壓過冷瞬間液相擴散的高強度連接。脈沖加壓和過冷工藝促進了原子的擴散，實現(xiàn)了兩者的快速高強度連接，改善了接頭組織，為