鎂合金超聲輔助過渡液相擴(kuò)散連接機(jī)理及性能研究.pdf

1、在鎂合金眾多連接方法中，過渡液相擴(kuò)散（TLP）連接由于可獲得與母材組織、性能接近的接頭而獨(dú)具優(yōu)勢(shì)。然而鎂合金使用該方法焊接連接溫度較高、焊接時(shí)間較長且需要在真空環(huán)境下完成，使得這項(xiàng)技術(shù)在工業(yè)應(yīng)用中效率低、成本高。為此，本文以航空航天工業(yè)常用的MB8鎂合金為研究對(duì)象，探索出了一種大氣環(huán)境下鎂合金超聲輔助過渡液相擴(kuò)散（U-TLP）連接方法；探索出適合鎂合金U-TLP連接的三種中間層材料及其U-TLP連接工藝；利用金相組織分析、X射線衍射分析

2、、能譜分析、硬度分析、剪切強(qiáng)度分析、斷口分析等方法，分析了接頭的組織和性能；通過試驗(yàn)研究，對(duì)U-TLP連接的關(guān)鍵過程進(jìn)行了深入分析。
　　采用純Zn箔為中間層時(shí)，在370 ℃施加1s超聲波，接頭主要由Mg51Zn20和MgZn的化合物層以及界面的Mg(Zn)固溶層構(gòu)成。隨著超聲波作用時(shí)間的延長，化合物層減少至斷續(xù)狀并最后消失。當(dāng)超聲時(shí)間達(dá)到120s，接頭完全由Mg(Zn)固溶體所構(gòu)成，其剪切強(qiáng)度為106.4MPa，并斷裂于鎂合金內(nèi)

3、部。此外，為了縮短超聲時(shí)間，提出了“首次超聲+升溫+二次超聲”的工藝，即370 ℃首次超聲后，升高到更高的焊接溫度再次施加超聲波。采用該工藝，溫度升高至490 ℃施加2s超聲后，同樣可實(shí)現(xiàn)完全由Mg(Zn)固溶體組成的接頭，其剪切強(qiáng)度可達(dá)109.27Mpa。
　　通過對(duì)純Pb箔及黃銅合金箔為中間層的Mg合金U-TLP連接工藝、接頭組織及力學(xué)性能的研究發(fā)現(xiàn)，只要選取的中間層材料與Mg合金存在低熔共晶反應(yīng)且在Mg中有一定固溶度，均可在

4、大氣環(huán)境下快速獲得由完全Mg基固溶體組成的高強(qiáng)度接頭。
　　大氣環(huán)境下超聲輔助去除氧化膜的過程為：超聲在固體中的聲塑性效應(yīng)使得氧化膜發(fā)生局部破碎并形成原子相互擴(kuò)散的通道；連續(xù)的氧化膜被元素的“皮下擴(kuò)散”和共晶反應(yīng)脫離基體漂浮在液體中，并在超聲空化效應(yīng)下被破碎成小的碎塊；最后氧化膜碎塊隨著液體被超聲波擠出接頭中。超聲加速等溫凝固機(jī)理為：超聲的聲流攪拌作用使大量的液體擠出接頭間隙，減少了接頭中需要通過擴(kuò)散凝固的液體；在等溫凝固的最后階