强磁场下铝合金及钛合金扩散连接行为研究

发布时间：2017-07-17 16:15

  本文关键词：强磁场下铝合金及钛合金扩散连接行为研究

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【摘要】：在传统的铝合金熔焊过程中,较大的比热和线膨胀系数使焊接能量损失大,极易产生氧化膜夹渣、焊接变形和裂纹;钛合金在加工时容易产生回弹现象,传统的加工过程不易满足高精度高弧度的要求。而扩散连接由于其焊接温度低,精度高可以为上述问题提供一种解决思路,但是扩散连接由于其效率低下而在应用上受到限制。强磁场下物质能够在原子的尺度上接受其强大的磁化能量,并且不需要直接接触,材料的诸多微观行为,比如分子和原子的匹配、排列、迁移,从而受到影响。脉冲强磁场更是可以产生强大的电磁力取代传统的机械、气胀加压。因此可以考虑利用强磁场驱动材料的扩散连接,同时在此过程中研究强磁场影响原子扩散的物理机理。本文以在航空航天领域具有广泛应用的1420铝合金和TC4钛合金为研究对象,前者在数学形式简单的稳态强磁场中热处理的研究,可以从科学层面上解释强磁场影响原子扩散的物理机理,而后者在能产生很强电磁力的脉冲强磁场的驱动下进行扩散连接,能够从技术层次上探索电磁力取代传统的机械、气胀加压,实现合金间的可靠连接。研究显示添加稳态强磁场之后,纯铝一侧晶粒尺寸有所升高,铝合金一侧则正好相反;EBSD分析显示铝合金一侧不论有无磁场,均没有明显的取向结构;轧制纯铝板材微弱的织构在强磁场中得到了些许加强;EDS分析得到的浓度-距离曲线呈典型的一维半无限大扩散偶的扩散结果,计算得到的不同条件下Al-Mg互扩散系数表明横向强磁场对该扩散体系有抑制作用,这一点与国内外大部分的研究结果相同。同时利用磁致电阻结合双极性扩散理论,半定量地解释了实验结果。脉冲强磁场的放电次数、放电电压和实验温度都对钛合金的的扩散连接起正向促进作用,表现在焊缝处的孔洞减少、接头剪切强度增加、断口处撕裂带增多、Al原子的扩散距离增加和扩散系数增加等等,放电次数为10次时效果达到饱和,放电电压为9KV时作用效果已经比较明显,剪切强度在饱和时约为400MPa;放电次数和放电电压对焊接的促进作用是通过强大的电磁力实现的,一方面电磁力在宏观上使试样结合的更好,另一方面在微观上,脉冲强磁场使原子获得额外的不均匀分布的磁化能,最终磁化能梯度导致额外的原子扩散流。
【关键词】：铝合金 钛合金 扩散连接 强磁场 扩散系数
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.1
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-28
• 1.1 背景12-14
• 1.2 扩散理论14-17
• 1.2.1 扩散的唯象理论14-15
• 1.2.2 扩散的原子理论15-16
• 1.2.3 扩散的热力学分析16-17
• 1.3 强磁场材料科学17-21
• 1.3.1 引言17-18
• 1.3.2 强磁场在控制流体对流中的应用18-19
• 1.3.3 强磁场在形成取向中的应用19-20
• 1.3.4 强磁场中材料的热处理研究20-21
• 1.4 强磁场对合金中元素扩散影响研究现状21-26
• 1.4.1 强磁场对间隙扩散影响研究进展21-23
• 1.4.2 强磁场对空位扩散影响研究进展23-26
• 1.5 选题意义和研究内容26-28
• 1.5.1 选题意义和研究目的26-27
• 1.5.2 研究内容27-28
• 第二章 强磁场下铝-铝镁合金扩散连接行为研究28-41
• 2.1 前言28
• 2.2 研究对象28-29
• 2.3 扩散偶的预制备29-31
• 2.3.1 试样准备29
• 2.3.2 扩散偶制备29-31
• 2.4 强磁场下扩散偶的保温热处理31-33
• 2.5 实验结果及分析33-40
• 2.5.1 扩散界面处微观组织分析33-39
• 2.5.2 扩散界面处成分分析39-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 强磁场对镁在铝镁合金中互扩散系数的影响41-48
• 3.1 前言41
• 3.2 互扩散系数求解思路41-43
• 3.3 计算结果43-44
• 3.4 理论解释44-47
• 3.4.1 等离子体动力学理论44-46
• 3.4.2 磁致电阻理论结合双极性扩散46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 脉冲强磁场驱动钛合金扩散连接48-61
• 4.1 前言48
• 4.2 强磁场驱动扩散连接实验48-49
• 4.3 实验结果及分析49-60
• 4.3.1 扩散连接界面组织分析49-51
• 4.3.2 扩散连接接头性能评价51-56
• 4.3.3 扩散连接界面元素分布规律研究56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 结论61-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-68
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文68-70

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本文编号：554415