文档介绍：AZ31 镁合金与 5083 铝合金瞬间
液相扩散连接研究
重庆大学博士学位论文
学生姓名:刘蒙恩
指导教师:盛光敏教授
专业:材料科学与工程
学科门类:工学
重庆大学材料科学与工程学院
二 O 一三年四月
Investigation on Transient Liquid Phase
Diffusion Bonding of AZ31 Magnesium Alloy
and 5083 Aluminum Alloy
A Thesis Submitted to Chongqing University
In Partial Fulfillment of the Requirement for the
Doctor’s Degree of Engineering
By
Liu Meng En
Supervised by Prof. Sheng Guangmin
Specialty: Materials Science and Engineering
College of Materials Science and Engineering of Chongqing
University, Chongqing, China.
April 2013
中文摘要
摘要
随着国内工业的高速发展,被称为 21 世纪最具发展潜力的绿色工程材料镁合
金,在汽车等交通行业中的应用受到了前所未有的重视。铝合金目前是应用最广
泛的有色金属之一,在镁合金与铝合金的推广应用中,不可避免的要面临镁合金
与铝合金的连接问题,连接质量的优劣,将直接决定镁合金与铝合金连接的实际
应用价值。关于两者的连接,存在两大难点,首先,镁合金与铝合金均易氧化,
特别是铝合金表面形成的三氧化二铝,熔点非常高,在连接过程中非常稳定,阻
碍了原子之间的扩散;另外,镁合金与铝合金连接界面非常容易形成多种脆性相
金属间化合物,使得接头强度较低。因此,关于两者连接的研究受到了学术界和
工程界科研工作者的高度重视。
本文采用瞬间液相扩散连接对镁合金 AZ31 和 5083 铝合金进行了连接试验,
瞬间液相扩散连接同时具备熔焊和扩散焊两种连接方法的优势,在连接试验中,
主要采用不加中间层和以纯 Zn、非晶态 AgCu 合金及纯 Ag 为中间层四种工艺,
并且尝试了脉冲加压的加载方式和过冷连接工艺,借助拉伸实验机、金相观察、
显微硬度测试、扫描电镜观察、能谱分析、X 射线衍射等分析手段研究分析了这
几种工艺对接头组织和性能的影响。
研究表明,镁合金与铝合金不加中间层的瞬间液相扩散连接,在各种工艺条
件下均实现了两者的有效连接。主要研究了保温扩散时间对接头强度的影响。随
着扩散时间的延长,接头的强度随之升高,但升高的趋势逐渐减弱。另外,相对
于恒压非过冷工艺的接头,施加脉冲加压加载方式和过冷工艺可以显著提高接头
的强度,最高强度达到 。造成接头强度较低的主要原因是在接头中形成了
MgAl、MgAl2、Mg2Al3、 Mg17Al12 和 几种脆性金属间化合物。
针对上面连接过程中存在的由于直接接触连接形成大量金属间化合物导致接
头强度较低的问题,研究了镁合金与铝合金夹层瞬间液相扩散连接,分别研究了
标准瞬间液相扩散连接、脉冲加压瞬间液相扩散连接和脉冲加压过冷瞬间液相扩
散连接三种工艺,主要研究参数为保温扩散时间、连接温度和脉冲上限压力对接
头组织和性能的影响。
纯 Zn 做中间层的连接试验表明:相对于镁合金与铝合金直接接触的瞬间液相
扩散连接,接头强度有所改善。在 T1=390℃,t1=10s,T2=350℃,t2=30min,脉冲
加压 2-5Mpa(f=,n=900 次)的连接工艺下,接头强度最高达 46MPa。接头
显微硬度分析发现,在接头中间位置出现了较高的峰值硬度,最高达 170。接头的
XRD 结果表明,在接头中镁合金与中间层的接触一侧形成了金属间化合物 MgZn2,
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重庆大学博士学位论文
一定程度上降低了接头的力学性能。
非晶态 AgCu 合金做中间层的研究表明,在 500℃保温 5-20min,在保温过程中
施加 5MPa 的压力,保温 15min 的接头最高强度达到了 135MPa,随着保温扩散时
间的延长,接头强度出现了先升高后降低的现象,经过对断口能谱分析,发现在保
温 20min 的接头结合界面,局部中间层完全参与了反应,使