镁—铜异质金属扩散钎焊接头的微观结构及性能研究

发布时间：2019-01-07 17:45

【摘要】：为了发挥镁-铜异种金属各自的性能优势,进一步扩大镁合金在高新技术领域的应用,很有必要将镁合金与铜进行连接。由于Mg与Cu的晶体结构及物理化学性质差异很大,采用传统焊接工艺难以获得界面结合牢靠的焊接接头。扩散钎焊具有焊接温度低,焊件受热均匀,焊接应力和变形小等优点,在异种材料焊接中受到了较多的关注,其中,合适的中间层材料对于促使接头形成、控制界面区共晶液相层的厚度,抑制金属间脆性化合物的生成具有积极作用,是改善扩散钎焊接头性能的重要途径。本文分别以Al箔、Ni箔及Al-Si-Cu合金粉末为中间过渡层材料,对AZ31B镁合金和T2工业纯铜进行扩散钎焊实验,在测试和分析接头的元素分布、显微组织与相结构以及力学性能的基础上,研究中间层材料的种类、焊接温度及焊接时间对接头微观结构和力学性能的影响规律,揭示焊接工艺与接头组织性能的内在联系,提出接头的形成机制,为深入发展AZ31B/Cu异种金属焊接研究提供重要的试验及理论依据。研究表明,以Al箔为中间层,在460℃~500℃、10min~60min条件下,通过AZ31B基体与Al箔扩散形成的共晶液相润湿铺展Cu基体,均可获得Cu/Al/AZ31B扩散钎焊接头。当490℃×20min时,接头的显微组织为:γ-Cu固溶体+AlCu4金属间化合物/Al3Mg2+Al5CuMg4+Mg2Cu+(Mg17Al12+α-Mg)共晶组织/α-Mg镁基固溶体。随着焊接温度的升高及保温时间的延长,界面扩散区宽度不断增加,其中的共晶反应层和镁基体晶界渗透层增大明显;接头扩散区的显微硬度呈梯度式分布,其中Cu侧扩散层达到最高265HV。接头的剪切强度随着焊接温度的提升呈先升高后降低的变化规律,490℃×20min时,剪切强度达到最高值68MPa,剪切破坏发生于焊缝区铜侧扩散层,断口呈韧-脆性混合断裂。以Ni箔为中间层扩散钎焊AZ31B/Cu,当490℃T510℃,10mint40min时,接头冶金性能优良。在500℃×30min时,Cu/Ni/AZ31B接头的显微组织为:γ-Cu+Cu2Mg/Cu11Mg10Ni9+(α-Mg+Mg2Cu+Mg2Ni)共晶/α-Mg镁基固溶体。随着温度的升高及时间的延长,界面扩散区宽度不断增加,其中的共晶反应层和铜基扩散层增加明显,镁基晶界渗透层逐渐消失;接头扩散区的显微硬度随接头微观组织的不同呈梯度式分布,在Mg基扩散层达到最高284HV。剪切强度随保温时间的延长呈先后降的分布规律,500℃×20min时,强度最高71MPa,剪切破坏出现在接头焊缝区Mg侧过渡层,断口呈韧-脆混合断裂。以Al-Si-Cu钎料为中间夹层,在500℃T540℃,10mint40min时可通过扩散钎焊实现AZ31B/Cu的有效连接,扩散区厚度随着温度的提升及时间的延长不断变宽。在540℃×10min时,钎缝区从Cu到AZ31B微观组织依次为γ-Cu固溶体+Al-Cu二元化合物/(α-Mg+Mg17Al12+Mg2Si)共晶组织+Al-Cu-Mg三元化合物+Al3Mg2化合物/α-Mg镁基固溶体;接头扩散区的显微硬度呈Mg侧扩散层最高,共晶组织层次之,铜侧扩散层最小的阶梯式分布,并在近Mg侧达到峰值261HV。剪切强度随着温度的升高呈先升后降的分布规律。当510℃×30min时,剪切强度达到最高51MPa;剪切破坏出现在钎缝Mg侧过渡层,呈韧-脆型混合断裂。
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【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.1

【参考文献】