鋁鎂異種金屬液固復(fù)合鑄造及界面組織性能研究.pdf

1、異種金屬的液固復(fù)合鑄造連接件的優(yōu)點(diǎn)是，能夠最大限度的利用各自的性能優(yōu)勢進(jìn)行分層復(fù)合而形成的雙金屬材料。這類材料能夠起到“物盡其用”的效果，又可獲得較高的經(jīng)濟(jì)適用價值，廣泛應(yīng)用于航空、航天、船舶等工業(yè)領(lǐng)域。鋁鎂雙金屬復(fù)合鑄件能夠?qū)㈡V合金的高比強(qiáng)度、高阻尼減震性、高導(dǎo)熱性、高靜電屏蔽性、高機(jī)械加工性和極低的密度與鋁的良好的機(jī)械強(qiáng)度、良好的耐蝕性能相結(jié)合起來。因此鋁鎂異種金屬材料的研發(fā)成為各國開發(fā)利用的新型材料。
　　然而鎂鋁雙金屬液固

2、復(fù)合的難點(diǎn)是，如何獲得能夠滿足使用性能要求的冶金結(jié)合界面。主要表現(xiàn)在一下兩個方面1）鎂、鋁都是極易氧化的金屬，在其表面會有一層致密的氧化膜阻止兩者進(jìn)行冶金結(jié)合2）由于兩種材料的相互溶解度很小，在冶金反應(yīng)區(qū)域形成大量的Al-Mg金屬間化合物，從而使連接界面變脆，很難獲得較高的力學(xué)性能。
　　針對上述難點(diǎn)和問題，本文主要開展了以下工作:Mg/Al液固復(fù)合界面的潤濕性研究和Mg/Al液固復(fù)合界面凝固脆性相組織的控制。要想獲得良好的Mg/

3、Al液固復(fù)合的潤濕性，必須要去除固相鋁合金襯底表面致密的氧化膜。本文采用以下兩種方式去除或破壞鋁合金表面的氧化膜，即“鋅酸鹽”工藝和微合金化破氧化膜法。1）“鋅酸鹽”工藝，此工藝能在去除固相鋁合金表面氧化膜的同時，在鋁襯底表面置換沉積一層Zn層，這可以避免鋁襯底的二次氧化。2）微合金化破壞氧化膜法，本文對Al-1％Sn，Al-0.8％Ga合金進(jìn)行電解拋光和陽極氧化處理，處理后的鋁合金襯底表面的氧化膜發(fā)生破裂呈現(xiàn)出很多細(xì)微孔洞，最終可導(dǎo)致

4、氧化膜的破裂和分離。Mg/Al異種金屬的焊接在其界面處都不可避免脆性相的形成，本文采用以下兩種方式進(jìn)行控制或減少脆性相的形成。1）采用鍍Ni中間層阻止Mg-Al脆性相的形成，即在固相合金表面鍍一層5-6μm的Ni層，其作為中間屏障阻止Mg，Al元素間的相互擴(kuò)散，從而減少脆性相的形成。2）采用含Si量較高的鋁合金與液相鎂合金進(jìn)行液固復(fù)合，在界面組織中會自發(fā)形成一層連續(xù)的Mg2Si層，其依附在固相鋁合金襯底上，猶如一條屏障阻止或減少M(fèi)g，A

5、l元素的擴(kuò)散。
　　研究表明:經(jīng)過鋅酸鹽工藝能夠有效去除固相鋁合金襯底表面致密的氧化膜，沉積的Zn層能夠有效保護(hù)固相鋁合金襯底避免其二次氧化，提高與液相Mg的潤濕性。研究表明，經(jīng)過“電解拋光+陽極氧化”處理后的Al-1％Sn，Al-0.8％Ga合金，其表面致密的氧化膜發(fā)生破裂，使得在膜/合金交界處形成細(xì)微的孔洞，孔洞擴(kuò)展并和陽極氧化膜中擴(kuò)展的“蜂窩”相連，最終導(dǎo)致氧化膜的破裂和分離，從而實(shí)現(xiàn)與液相Mg之間的冶金結(jié)合。
　　而

6、Ni作為中間層的AM60/6061雙金屬界面組織表明:在一定的復(fù)合參數(shù)下，Ni層能夠有效阻止Al-Mg脆性相的形成，取而代之的是Mg-Ni、Al-Ni金屬間化合物。界面處的相為Mg17Al12和δ(Mg)的共晶組織，Mg2Ni和Al3Ni。
　　在AM60/A380雙金屬界面冶金區(qū)域，Si元素優(yōu)先Al元素和液相Mg反應(yīng)形成Mg2Si，析出的Mg2Si相與固相Al合金存在晶面共格關(guān)系，這使得析出的Mg2Si相沿著固體Al-Si合金表