铝镁异种金属液固复合铸造及界面组织性能研究

发布时间：2018-04-19 22:34

本文选题：Mg(l)/Al(s)复合 + 铝合金的表面处理　；参考：《合肥工业大学》2015年博士论文

【摘要】：异种金属的液固复合铸造连接件的优点是,能够最大限度的利用各自的性能优势进行分层复合而形成的双金属材料。这类材料能够起到“物尽其用”的效果,又可获得较高的经济适用价值,广泛应用于航空、航天、船舶等工业领域。铝镁双金属复合铸件能够将镁合金的高比强度、高阻尼减震性、高导热性、高静电屏蔽性、高机械加工性和极低的密度与铝的良好的机械强度、良好的耐蚀性能相结合起来。因此铝镁异种金属材料的研发成为各国开发利用的新型材料。然而镁铝双金属液固复合的难点是,如何获得能够满足使用性能要求的冶金结合界面。主要表现在一下两个方面1)镁、铝都是极易氧化的金属,在其表面会有一层致密的氧化膜阻止两者进行冶金结合2)由于两种材料的相互溶解度很小,在冶金反应区域形成大量的Al-Mg金属间化合物,从而使连接界面变脆,很难获得较高的力学性能。针对上述难点和问题,本文主要开展了以下工作：Mg/Al液固复合界面的润湿性研究和Mg/Al液固复合界面凝固脆性相组织的控制。要想获得良好的Mg/Al液固复合的润湿性,必须要去除固相铝合金衬底表面致密的氧化膜。本文采用以下两种方式去除或破坏铝合金表面的氧化膜,即“锌酸盐”工艺和微合金化破氧化膜法。1)“锌酸盐”工艺,此工艺能在去除固相铝合金表面氧化膜的同时,在铝衬底表面置换沉积一层Zn层,这可以避免铝衬底的二次氧化。2)微合金化破坏氧化膜法,本文对Al-1%Sn, Al-0.8%Ga合金进行电解抛光和阳极氧化处理,处理后的铝合金衬底表面的氧化膜发生破裂呈现出很多细微孔洞,最终可导致氧化膜的破裂和分离。Mg/Al异种金属的焊接在其界面处都不可避免脆性相的形成,本文采用以下两种方式进行控制或减少脆性相的形成。1)采用镀Ni中间层阻止Mg-Al脆性相的形成,即在固相合金表面镀一层5-6μm的Ni层,其作为中间屏障阻止Mg, Al元素间的相互扩散,从而减少脆性相的形成。2)采用含Si量较高的铝合金与液相镁合金进行液固复合,在界面组织中会自发形成一层连续的Mg2Si层,其依附在固相铝合金衬底上,犹如一条屏障阻止或减少Mg, Al元素的扩散。研究表明：经过锌酸盐工艺能够有效去除固相铝合金衬底表面致密的氧化膜,沉积的Zn层能够有效保护固相铝合金衬底避免其二次氧化,提高与液相Mg的润湿性。研究表明,经过“电解抛光+阳氧化”处理后的Al-1%Sn,Al-0.8%Ga合金,其表面致密的氧化膜发生破裂,使得在膜/合金交界处形成细微的孔洞,孔洞扩展并和阳极氧化膜中扩展的“蜂窝”相连,最终导致氧化膜的破裂和分离,从而实现与液相Mg之间的冶金结合。而Ni作为中间层的AM60/6061双金属界面组织表明：在一定的复合参数下,Ni层能够有效阻止Al-Mg脆性相的形成,取而代之的是Mg-Ni、Al-Ni金属间化合物。界面处的相为Mg17Al12和δ(Mg)的共晶组织,Mg2Ni和Al3Ni。在AM60/A380双金属界面冶金区域,Si元素优先Al元素和液相Mg反应形成Mg2Si,析出的Mg2Si相与固相Al合金存在晶面共格关系,这使得析出的Mg2Si相沿着固体Al-Si合金表面形成一层连续的Mg2Si“阻挡层”,阻碍固相Al中的Al向Mg液中扩散,减少界面处Mg液中的Al含量,从而抑制界面处Mg液凝固后金属间化合物脆性过渡层组织的产生。然而,连续的Mg2Si组织降低了Mg-Al双金属铸件的力学性能,因此通过固溶处理球化带状的Mg2Si,球化后的Mg2Si组织在双金属界面起到固溶强化的作用,从而提高双金属的力学性能达到74MPa。
[Abstract]:The present invention has the advantages of high specific strength , high damping shock resistance , high thermal conductivity , high electrostatic shielding property , high mechanical workability and high mechanical strength of Mg / Al liquid - solid composite interface . Al - 1 % Sn , Al - 0.8 % Ga alloy is deposited on the surface of Al - 1 % Sn and Al - 0.8 % Ga to form a layer of Al - 1 % Sn , Al - 0.8 % Ga alloy . However , the mechanical properties of Mg - Al bimetal casting are reduced by solid solution treatment , so that the mechanical properties of the bimetal are improved to 74MPa .

【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG292

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