AM60-A390液-固復合雙金屬材料的界面結合研究.pdf

1、鋁合金作為輕質金屬，以其較高的導熱性、吸收沖擊力強、易于回收、耐腐蝕性強等優(yōu)點，在研究汽車輕量化的道路上，鋁合金成為替代鋼的首選材料。鎂合金由于密度比鋁合金更小、比強度高、比剛度高、尺寸穩(wěn)定性強、導熱導電性好以及減震和降噪效果，在汽車應用方面也逐漸得到應用。但鎂合金的不耐磨、熱蠕變性大等缺點，使得汽車的很多零部件無法單獨使用鎂合金，所以研究鎂/鋁復合材料，將汽車的鎂合金部件與鋁合金部件進行連接，既減輕了整車的重量，又能夠滿足使用強度的要

2、求，具有重要的意義。發(fā)動機作為汽車上最重的部件，減輕其重量顯得尤為重要，鎂合金在高溫下蠕變強度和熱強度低、耐蝕性較差，不能直接接觸冷卻水等缺點，不能滿足發(fā)動機缸體的工作面的工作性能要求。因而，近年來寶馬公司將過共晶的鋁硅合金作為發(fā)動機的缸套，然后在固體缸套外部使用液態(tài)鎂合金進行鑄造來生產曲軸箱，這種則稱之為“液/固復合”的工藝有效的將鎂和鋁進行連接，在滿足強度的前提下減輕了發(fā)動機的重量。
　　鎂/鋁異種焊接的難點之一就是鋁合金極其

3、容易被氧化，在鋁表面形成一層致密的自然氧化層;其次，鎂和鋁的熱傳導系數大，容易產生熱裂紋和氣孔，而且形成的金屬間化合物多為脆性相，這些脆性相會導致焊接接頭性能惡化。目前的鎂/鋁焊接手段大致分為熔化焊（激光焊，TIG焊）和固相焊（攪拌摩擦焊，固態(tài)擴散焊），但它們依然無法完全消除氧化鋁層的影響，并且焊接擴散區(qū)依然會存在大量的金屬間化合物。本文針對以上問題決定采用“液/固復合”工藝進行鎂/鋁異種金屬的焊接。研究結果表明:鋁合金表面處理和鎂/鋁

4、“液/固復合”能夠有效的消除鋁合金表面氧化層的影響，并且形成良好的冶金結合，金屬間化合物層亦得到很好的控制。本文主要進行了以下工作:
　　(1)對固體A390鋁合金進行表面處理，重點研究鋅酸鹽處理對A390鋁合金表面氧化膜的效果以及去膜機制，利用自制的“高真空液/固復合裝置”將AM60鎂合金與經過表面處理的A390鋁合金進行液/固復合。通過調整A390的預熱溫度以及預熱時間，研究不同的預熱溫度和時間對AM60/A390“液固復合”

5、界面組織結構的影響，最終獲得良好的冶金結合。XPS測試結果表明:鋅酸鹽工藝不僅能夠有效的去除A390鋁合金表面的氧化層，而且在液固復合之前，鋅膜能一直保護A390基體不被二次氧化，從而保證了鎂和鋁能夠形成連續(xù)的冶金結合界面?？辜魪姸葴y試結果表明:在700℃加熱溫度中，鋁合金基體隨著預熱時間的增加，AM60/A390復合界面的抗剪強度也隨之提高，當預熱時間達到120s時，抗剪強度達到最大值60.6MPa。針對界面中出現(xiàn)的連續(xù)帶狀Mg2Si

6、進行了固溶處理，結果表明:經過420℃，固溶3h后，連續(xù)的帶狀Mg2Si相團球化，彌散的Mg2Si相強化了界面，使界面的抗剪強度提高了23％，達到了74.5MPa。
　　(2)為了改善電鍍Zn層對AM60/A390液固復合的影響，則在電鍍過程中加入了La2O3。研究結果表明:采用的鋁合金表面處理工藝有效地去除了A390鋁合金表面的氧化膜，同時在其表面形成一層含La2O3的包覆層。包覆層一方面可保護鋁合金表面，避免再次被氧化;另一方

7、面包覆層中的La2O3又可以改善液態(tài)AM60/固態(tài)A390復合界面的組織，液相AM60/固相A390結合界面處的鎂合金晶粒細化，提高界面結合強度。AM60/A390的液固復合界面的抗剪強度最高可達78.4MPa。經過團球化熱處理之后，可將強度提高到84MPa。
　　(3)利用稀土元素來細化晶粒和抑制金屬間化合物的產生。由于在AM60/A390液固復合的過程中，鋁元素與鎂元素不可避免的互相擴散，因此會形成均勻的金屬間化合物層。這種金