镁合金超声辅助过渡液相扩散连接机理及性能研究

发布时间：2017-05-27 20:09

  本文关键词：镁合金超声辅助过渡液相扩散连接机理及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：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。
【关键词】：镁合金 过渡液相扩散连接 超声波 界面行为
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.22;TG453.9
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-21
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 镁合金连接现状10-13
• 1.2.1 熔化焊11
• 1.2.2 搅拌摩擦焊11-12
• 1.2.3 钎焊12
• 1.2.4 过渡液相扩散连接12-13
• 1.3 过渡液相扩散连接理论及其发展13-17
• 1.3.1 TLP连接理论13-15
• 1.3.2 TLP连接中间层材料选择15
• 1.3.3 TLP连接的应用和发展15-17
• 1.4 超声效应及其在材料连接中的应用17-19
• 1.4.1 超声效应17-18
• 1.4.2 超声波在材料连接中的应用18-19
• 1.5 本文研究思路及主要内容19-21
• 1.5.1 超声辅助TLP连接的设想19
• 1.5.2 本文研究的主要内容及技术路线19-21
• 第二章 试验材料及设备仪器21-25
• 2.1 试验材料21
• 2.2 U-TLP焊接过程和设备21-23
• 2.2.1 试样准备21-22
• 2.2.2 试验设备22
• 2.2.3 连接参数和连接过程22-23
• 2.3 分析方法23-25
• 2.3.1 界面组织及物相分析23
• 2.3.2 力学性能测试23-25
• 第三章 Mg/Zn/Mg超声辅助过渡液相扩散连接接头组织与性能25-38
• 3.1 Mg/Zn/Mg接头焊接工艺设计25-27
• 3.1.1 Zn中间层的设计原理25-26
• 3.1.2 焊接工艺设计26-27
• 3.2 超声时间对Mg/Zn/Mg接头组织和力学性能的影响27-30
• 3.2.1 Mg/Zn/Mg接头宏观形貌27
• 3.2.2 Mg/Zn/Mg接头组织演变27-29
• 3.2.3 Mg/Zn/Mg接头力学性能29-30
• 3.3 焊接温度对Mg/Zn/Mg接头组织及力学性能的影响30-36
• 3.3.1 升温工艺对接头组织的影响30-32
• 3.3.2 Mg/Zn/Mg接头组织演变32-34
• 3.3.3 Mg/Zn/Mg接头力学性能34-36
• 3.4 本章小结36-38
• 第四章 Mg/Pb/Mg超声辅助过渡液相扩散连接接头组织与性能38-44
• 4.1 Mg/Pb/Mg接头焊接工艺设计38-39
• 4.1.1 Pb中间层的设计原理38
• 4.1.2 焊接工艺设计38-39
• 4.2 焊接温度对Mg/Pb/Mg接头组织的影响39-41
• 4.3 超声时间对Mg/Pb/Mg接头组织和性能的影响41-43
• 4.3.1 Mg/Pb/Mg接头组织演变41-42
• 4.3.2 Mg/Pb/Mg接头力学性能42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 第五章 Mg/黄铜/Mg超声辅助过渡液相扩散连接接头组织与性能44-54
• 5.1 Mg/黄铜/Mg接头焊接工艺设计44-45
• 5.1.1 黄铜中间层的设计原理44-45
• 5.1.2 焊接工艺设计45
• 5.2 焊接温度对Mg/黄铜/Mg接头组织及性能的影响45-48
• 5.2.1 Mg/黄铜/Mg接头组织演变45-47
• 5.2.2 Mg/黄铜/Mg接头力学性能47-48
• 5.3 超声时间对Mg/黄铜/Mg接头组织及性能的影响48-52
• 5.3.1 Mg/黄铜/Mg接头组织演变48-51
• 5.3.2 Mg/黄铜/Mg接头力学性能51-52
• 5.4 本章小结52-54
• 第六章 镁合金超声辅助过渡液相扩散连接机理54-63
• 6.1 Mg合金U-TLP连接与传统TLP连接对比54-55
• 6.2 超声辅助破除表面氧化膜机制55-59
• 6.2.1 界面氧化膜行为55-57
• 6.2.2 超声辅助破膜机制57-59
• 6.3 超声作用下焊缝液态金属凝固机制59-62
• 6.3.1 焊缝液态金属凝固过程59-60
• 6.3.2 超声加速等温凝固机理60-62
• 6.4 本章小结62-63
• 第七章 结论及展望63-65
• 7.1 结论63-64
• 7.2 研究展望64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71-72
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文72

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本文编号：401051