鎂-銅異質(zhì)金屬擴(kuò)散釬焊接頭的微觀結(jié)構(gòu)及性能研究.pdf

1、為了發(fā)揮鎂-銅異種金屬各自的性能優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步擴(kuò)大鎂合金在高新技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，很有必要將鎂合金與銅進(jìn)行連接。由于 Mg與 Cu的晶體結(jié)構(gòu)及物理化學(xué)性質(zhì)差異很大，采用傳統(tǒng)焊接工藝難以獲得界面結(jié)合牢靠的焊接接頭。擴(kuò)散釬焊具有焊接溫度低，焊件受熱均勻，焊接應(yīng)力和變形小等優(yōu)點(diǎn)，在異種材料焊接中受到了較多的關(guān)注，其中,合適的中間層材料對(duì)于促使接頭形成、控制界面區(qū)共晶液相層的厚度，抑制金屬間脆性化合物的生成具有積極作用，是改善擴(kuò)散釬焊接頭性能的重要途

2、徑。
　　本文分別以 Al箔、Ni箔及Al-Si-Cu合金粉末為中間過(guò)渡層材料，對(duì)AZ31B鎂合金和T2工業(yè)純銅進(jìn)行擴(kuò)散釬焊實(shí)驗(yàn)，在測(cè)試和分析接頭的元素分布、顯微組織與相結(jié)構(gòu)以及力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，研究中間層材料的種類、焊接溫度及焊接時(shí)間對(duì)接頭微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響規(guī)律，揭示焊接工藝與接頭組織性能的內(nèi)在聯(lián)系，提出接頭的形成機(jī)制，為深入發(fā)展AZ31B/Cu異種金屬焊接研究提供重要的試驗(yàn)及理論依據(jù)。
　　研究表明，以Al箔為中間

3、層，在460℃～500℃、10min～60min條件下，通過(guò)AZ31B基體與Al箔擴(kuò)散形成的共晶液相潤(rùn)濕鋪展Cu基體，均可獲得Cu/Al/AZ31B擴(kuò)散釬焊接頭。當(dāng)490℃×20min時(shí)，接頭的顯微組織為:γ-Cu固溶體＋AlCu4金屬間化合物/Al3Mg2＋Al5CuMg4＋Mg2Cu＋(Mg17Al12＋α-Mg)共晶組織/α-Mg鎂基固溶體。隨著焊接溫度的升高及保溫時(shí)間的延長(zhǎng)，界面擴(kuò)散區(qū)寬度不斷增加，其中的共晶反應(yīng)層和鎂基體晶界滲

4、透層增大明顯；接頭擴(kuò)散區(qū)的顯微硬度呈梯度式分布，其中Cu側(cè)擴(kuò)散層達(dá)到最高265HV。接頭的剪切強(qiáng)度隨著焊接溫度的提升呈先升高后降低的變化規(guī)律，490℃×20min時(shí)，剪切強(qiáng)度達(dá)到最高值68MPa，剪切破壞發(fā)生于焊縫區(qū)銅側(cè)擴(kuò)散層，斷口呈韌-脆性混合斷裂。
　　以Ni箔為中間層擴(kuò)散釬焊AZ31B/Cu，當(dāng)490℃＜T＜510℃，10min＜t＜40min時(shí)，接頭冶金性能優(yōu)良。在500℃×30min時(shí)，Cu/Ni/AZ31B接頭的顯微組

5、織為：γ-Cu＋Cu2Mg/Cu11Mg10Ni9＋(α-Mg＋Mg2Cu＋Mg2Ni)共晶/α-Mg鎂基固溶體。隨著溫度的升高及時(shí)間的延長(zhǎng)，界面擴(kuò)散區(qū)寬度不斷增加，其中的共晶反應(yīng)層和銅基擴(kuò)散層增加明顯，鎂基晶界滲透層逐漸消失；接頭擴(kuò)散區(qū)的顯微硬度隨接頭微觀組織的不同呈梯度式分布，在Mg基擴(kuò)散層達(dá)到最高284HV。剪切強(qiáng)度隨保溫時(shí)間的延長(zhǎng)呈先后降的分布規(guī)律，500℃×20min時(shí)，強(qiáng)度最高71MPa，剪切破壞出現(xiàn)在接頭焊縫區(qū)Mg側(cè)過(guò)渡層

6、，斷口呈韌-脆混合斷裂。
　　以Al-Si-Cu釬料為中間夾層，在500℃＜T＜540℃，10min＜t＜40min時(shí)可通過(guò)擴(kuò)散釬焊實(shí)現(xiàn)AZ31B/Cu的有效連接，擴(kuò)散區(qū)厚度隨著溫度的提升及時(shí)間的延長(zhǎng)不斷變寬。在540℃×10min時(shí)，釬縫區(qū)從Cu到AZ31B微觀組織依次為γ-Cu固溶體＋Al-Cu二元化合物/（α-Mg＋Mg17Al12＋Mg2Si）共晶組織＋Al-Cu-Mg三元化合物＋Al3Mg2化合物/α- Mg鎂基固溶體；