Mg-Nd/Al-20wt.%Si合金液-固复合焊接界面及组织性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:SAGDGJGU
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随着汽车生产工业的飞速发展,对金属材料的多样性及综合性能要求不断提高,单独一种金属已经难以达到生产中的使用要求,因而现今由多种不同金属组成的复合金属材料被广泛的研究。铝合金是汽车工业生产中应用最为广泛的合金之一,同时它作为结构材料在汽车、航空、船舶、机械制造等方面得到广泛的应用。铝合金由于其密度低、强度较高,具有良好的导电性、导热性以及优良的力学性能、机械性能、抗腐蚀性能,可加工成各种铝合金型材、板材。镁合金相对于铝合金,其比重低,比强度高,减震性好、具有良好的散热性能、抗冲击性能等。然而镁合金却有耐磨性差、易腐蚀等缺点。如果能够将镁合金与铝合金进行复合焊接,就能在获得铝合金优良性能的同时,获得镁合金比重低、比强度高等优点。结合两种轻金属的优点,就可以在达到大幅减轻汽车重量的同时,获得汽车所需要的强度和性能要求。Mg/Al异种合金在焊接过程中主要存在以下两个问题:(1)铝及其合金一旦与空气接触,就会与空气中的氧气发生反应并迅速氧化,形成一层致密的氧化铝膜,这层氧化膜严重的阻碍液态Mg金属与固态Al基底间的润湿,从而阻碍了金属Mg与金属Al的结合;(2)镁及铝合金在焊接过程中会在焊接界面产生大量的硬而脆的金属间化合物,这些金属间化合物会大幅度的降低焊接界面的组织性能,使得焊接接头易于断裂。目前Mg/Al异种金属的焊接主要采用激光焊、搅拌摩擦焊、钨极氩弧焊等焊接技术,这些方法仅取得了有限的成果。本文主要研究内容是:(1)研究不同表面预处理工艺(高温铝钎剂QJ207处理和浸锌处理)去除铝表面氧化膜对焊接界面组织的影响;(2)通过在镁合金中添加不同含量的稀土Nd,研究不同含量稀土Nd对Mg/Al液固复合焊接界面金属间化合物的影响;(3)Mg/Al-Si液固复合后,退火时间对界面组织的影响。本文主要结论如下:对Al-20%Si合金分别采用高温铝硅钎剂QJ207表面处理以及锌酸盐浸锌工艺表面处理去除铝合金表面氧化膜。研究结果表明:高温铝硅钎剂QJ207在真空状态下能够与氧化铝膜发生反应,溶解铝合金表面的氧化膜从而去除氧化膜;锌酸盐浸锌工艺处理后的铝合金会在去除氧化膜的同时在表面形成一层较薄的锌层,阻碍铝合金与空气的接触,从而在去除氧化膜后阻碍铝合金再次氧化。通过热处理工艺可以使Mg/Al-20wt.%Si液固复合焊接界面形成的Mg2Si相细化,并打断连续的带状Mg2Si相。使用高硅铝合金Al-20wt.%Si作为基底,进行Mg/Al液固复合时由于Al-Si合金中Si元素向液态镁中扩散,会在界面处优先生成Mg2Si相,并形成连续的带状Mg2Si层,硬而脆的Mg2Si带会降低焊接界面的力学性能。热处理结果表明,在400℃保温一定时间后退火,连续的带状Mg2Si带会被打断,并且随着时间的增加,抗剪强度呈现先增加后减小的状态,其中400℃保温24h后退火,抗剪强度最高,达到16.21MPa。通过在镁合金中添加不同含量的稀土元素钕(Nd),利用钕来细化复合界面的晶粒并抑制金属间化合物的产生,并研究Nd含量对晶粒的细化效果和对金属间化合物的抑制效果。研究结果表明:镁及铝合金在液固复合焊接过程中会产生大量的金属间化合物,这些金属间化合物硬而脆,会使焊接接头连接性能大幅度降低。而稀土Nd会改善界面处金属间化合物的分布,随着镁合金中稀土Nd含量增加,连续的脆性金属间化合物逐渐被分离细化。Nd能够优先与铝形成Al-Nd相,从而减少金属间化合物的产生。随着Nd含量的增加,焊接界面处的抗剪强度呈现先增加后减少的趋势。其中Nd含量为1wt.%时,复合界面的抗剪强度最高,达到22.28MPa。
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