消失模铸造液—液复合Al/Mg双合金的界面研究

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铝合金与镁合金拥有诸多优点,在航空航天、汽车、电子等领域应用非常广泛。然而,在很多情况下,单一材料往往难以完全满足综合性能的要求。如果将铝合金和镁合金相结合制备成Al/Mg双合金,使铝、镁合金做到性能上优势互补,实现综合性能的要求。消失模铸造是一种适合生产复杂铸件的近净成形技术,将消失模铸造应用于Al/Mg双合金材料的制备可直接成形Al/Mg双合金精密铸件,具有较大的理论和实际意义。本文采用消失模铸造液-液复合工艺来制备Al/Mg双合金,通过设置中间金属隔层来防止金属液的混液现象,成功地实现了铝合金和镁合金的冶金复合。主要研究了隔层材料、隔层厚度及浇注温度对消失模铸造液-液复合Al/Mg双合金界面的影响,分析了Al/Mg双合金的宏观形貌、微观形貌、界面的物相组成与元素分布、缺陷特征、硬度以及结合强度等微观组织和力学性能特征,并对Al/Mg双合金的界面形成机理进行了探讨。采用消失模铸造液-液复合工艺并设置铝中间隔层成功制备了Al/Mg双合金,得到了均匀致密且具有良好冶金结合的Al/Mg双合金。镁合金基体与铝合金基体之间产生了两个反应层:靠近镁侧的反应层是由Al12Mg17和δ-Mg相组成;靠近铝侧的反应层是由Mg2Si和Al3Mg2相组成。研究了不同铝隔层厚度和浇注温度对消失模铸造液-液复合Al/Mg双合金界面的影响。当铝隔层厚度为2 mm时,铝隔层能较好地阻止两种金属液发生混液,且能与两侧的金属液产生牢固的冶金结合。当浇注温度为730℃时,Al/Mg双合金铸件质量最好,各反应层组织细小均匀,且铸件中未出现气孔和裂纹等缺陷。采用消失模液-液复合工艺并设置锌中间隔层成功制备了Al/Mg双合金,镁合金基体与铝合金基体之间产生了两个反应层:靠近镁侧的反应层是由Al5Mg11Zn4、δ-Mg和MgZn相组成;靠近铝侧的反应层是由Mg2Si、Mg32(Al,Zn)49和α-Al相组成。研究了不同锌隔层厚度和浇注温度对消失模铸造液-液复合Al/Mg双合金界面的影响。当锌隔层厚度为3 mm时,试验结果最好,铸件气孔的含量较少,同时锌隔层处形成了一个较宽的过渡层。浇注温度为700℃时,Al/Mg双合金铸件的连接质量较好,锌隔层分别与镁基体和铝基体形成了明显的界面。研究了铝隔层和锌隔层Al/Mg双合金界面的力学性能。两种情况下界面反应层的硬度值都明显高于基体。采用铝隔层时靠近镁侧的反应层的硬度值为167-210 HV,靠近铝侧的反应层的硬度值为250-299 HV;采用锌隔层时靠近镁侧的反应层的硬度值为175-195 HV,靠近铝侧的反应层的硬度值为223-325 HV。采用铝隔层时,浇注温度为710℃、730℃和750℃时对应的Al/Mg双合金的剪切强度分别为1.86 MPa、9.14 MPa和6.11 MPa。采用锌隔层时,Al/Mg双合金的剪切强度为10.91 MPa。分析了消失模铸造液-液复合工艺下,并设置中间隔层制备Al/Mg双合金的界面形成机理。无论是采用铝隔层还是锌隔层,其界面形成过程都分为充型、熔化与扩散、冶金反应和凝固这四个阶段。中间隔层在成功阻止了液态合金混液以后,被完全熔化,与液态合金一起发生冶金反应,形成了冶金界面,从而获得Al/Mg双合金。
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