【摘 要】
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在镁合金众多连接方法中,过渡液相扩散(TLP)连接由于可获得与母材组织、性能接近的接头而独具优势。然而镁合金使用该方法焊接连接温度较高、焊接时间较长且需要在真空环境下
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在镁合金众多连接方法中,过渡液相扩散(TLP)连接由于可获得与母材组织、性能接近的接头而独具优势。然而镁合金使用该方法焊接连接温度较高、焊接时间较长且需要在真空环境下完成,使得这项技术在工业应用中效率低、成本高。为此,本文以航空航天工业常用的MB8镁合金为研究对象,探索出了一种大气环境下镁合金超声辅助过渡液相扩散(U-TLP)连接方法;探索出适合镁合金U-TLP连接的三种中间层材料及其U-TLP连接工艺;利用金相组织分析、X射线衍射分析、能谱分析、硬度分析、剪切强度分析、断口分析等方法,分析了接头的组织和性能;通过试验研究,对U-TLP连接的关键过程进行了深入分析。采用纯Zn箔为中间层时,在370°C施加1s超声波,接头主要由Mg51Zn20和MgZn的化合物层以及界面的Mg(Zn)固溶层构成。随着超声波作用时间的延长,化合物层减少至断续状并最后消失。当超声时间达到120s,接头完全由Mg(Zn)固溶体所构成,其剪切强度为106.4MPa,并断裂于镁合金内部。此外,为了缩短超声时间,提出了“首次超声+升温+二次超声”的工艺,即370°C首次超声后,升高到更高的焊接温度再次施加超声波。采用该工艺,温度升高至490°C施加2s超声后,同样可实现完全由Mg(Zn)固溶体组成的接头,其剪切强度可达109.27Mpa。通过对纯Pb箔及黄铜合金箔为中间层的Mg合金U-TLP连接工艺、接头组织及力学性能的研究发现,只要选取的中间层材料与Mg合金存在低熔共晶反应且在Mg中有一定固溶度,均可在大气环境下快速获得由完全Mg基固溶体组成的高强度接头。大气环境下超声辅助去除氧化膜的过程为:超声在固体中的声塑性效应使得氧化膜发生局部破碎并形成原子相互扩散的通道;连续的氧化膜被元素的“皮下扩散”和共晶反应脱离基体漂浮在液体中,并在超声空化效应下被破碎成小的碎块;最后氧化膜碎块随着液体被超声波挤出接头中。超声加速等温凝固机理为:超声的声流搅拌作用使大量的液体挤出接头间隙,减少了接头中需要通过扩散凝固的液体;在等温凝固的最后阶段由于超声导致的塑形变形促进了原子扩散使得残余液相快速等温凝固。
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