鋁鐵雙金屬復(fù)合工藝與界面剪切性能研究.pdf

1、汽車輕量化是汽車制造業(yè)的重要發(fā)展方向之一。降低汽車自重，不但能減輕化石能源過度消耗以及環(huán)境污染問題，而且能提高汽車運行速率。鋁鐵雙金屬復(fù)合材料，融合了鐵的高強度、高耐磨性、強減震性和鋁的輕質(zhì)、高熱導(dǎo)率、高韌性、耐腐蝕性的優(yōu)點，已得到汽車工業(yè)界的廣泛關(guān)注。然而，鋁熔體的強氧化性對鋁鐵冶金結(jié)合的巨大限制以及過厚或過窄的鋁鐵反應(yīng)層對鋁鐵復(fù)合界面結(jié)合性能的不利影響，都限制了鋁鐵雙金屬復(fù)合材料在汽車工業(yè)中的廣泛應(yīng)用。剪切強度作為衡量鋁鐵界面結(jié)合性

2、能的重要指標之一，在理論以及性能方面的報道是比較少的;界面形貌作為影響鋁鐵界面結(jié)合性能的重要因素，其相關(guān)研究也很少見。
　　我們研發(fā)了一種新型鋁鐵復(fù)合工藝，這種工藝由鑄鐵的表面處理、熱浸鍍Zn-0.2wt％Bi合金熔體、鋁鐵液固復(fù)合三部分組成。這種新工藝不但能使鋁鐵界面獲得優(yōu)良的冶金結(jié)合，也使鋁鐵界面剪切性能得到巨大的提高，界面剪切強度高達32 MPa。為研究這種新工藝對鋁鐵界面微觀結(jié)構(gòu)以及剪切性能的影響，我們將新工藝與熱浸鍍Al

3、-7Si熔體、純Zn熔體、Zn-2.2wt％Al熔體等復(fù)合工藝作對比，發(fā)現(xiàn)后三種復(fù)合工藝的鋁鐵復(fù)合界面的剪切強度分別約達11 MPa、19 MPa、22 MPa。研究結(jié)果表明新工藝對剪切性能的提升主要是因為形成了鋁鐵凹凸界面形貌;同時，四種工藝的對比結(jié)果也表明:過厚的鋁鐵界面反應(yīng)層、塊狀鋁鐵相Al8Fe2Si、針狀A(yù)l5FeSi對鋁鐵界面剪切性能的提升均有不利影響，然而凹凸界面形貌卻對鋁鐵界面剪切性能起到巨大的提升作用。
　　我們

4、研究了熱浸鍍Zn-0.2wt％Bi熔體參數(shù)（時間、溫度）對鋁鐵界面微觀結(jié)構(gòu)以及剪切性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn):在某些熱浸鍍參數(shù)作用下，鋁鐵金屬間相出現(xiàn)在鋁鐵界面附近的石墨與鐵素體界面處;隨著石墨，鐵素體界面處的鋁鐵金屬間相含量增多，鋁鐵界面剪切性能呈降低趨勢;Bi元素促進了Zn-Bi熔體在石墨，鐵素體界面處形成了富鋅區(qū)，為鋁鐵金屬間相在石墨-鐵素體界面的形成起到促進作用。
　　通過分析剪切性能的測試結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)凹凸界面形貌能夠明顯