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1、鎂合金作為最輕、最經(jīng)濟(jì)的金屬結(jié)構(gòu)材料具有比強(qiáng)度和比剛度高、減震吸沖性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),被譽(yù)為新世紀(jì)的綠色工程材料,其廣泛使用離不開(kāi)連接技術(shù)的支持,尤其是與鋁合金形成的復(fù)合結(jié)構(gòu),不僅能夠進(jìn)一步減輕構(gòu)件重量,又能同時(shí)發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn),在航空航天和汽車工業(yè)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。但鎂合金和鋁合金在焊接過(guò)程中會(huì)不可避免地產(chǎn)生大量有害金屬間化合物,從而嚴(yán)重影響接頭性能。
本文采用Cu中間層對(duì)AZ31B鎂合金和ZL108鋁合金進(jìn)行了接觸反應(yīng)釬焊,
2、對(duì)接頭界面分析發(fā)現(xiàn),Cu中間層可有效避免鎂合金和鋁合金反應(yīng)生成Mg-Al系金屬間化合物。但研究不同工藝參數(shù)下的接頭界面組織發(fā)現(xiàn),Mg/Cu側(cè)與Al/Cu側(cè)的界面反應(yīng)有較大差異,當(dāng)溫度低于560℃時(shí)Al/Cu界面不能形成有效連接;溫度高于570℃時(shí)鎂合金母材溶解過(guò)多,釬焊工藝區(qū)間非常窄。在565℃保溫20min可實(shí)現(xiàn)連接,接頭剪切強(qiáng)度僅12.6MPa。
針對(duì)釬焊過(guò)程中出現(xiàn)的界面反應(yīng)不平衡問(wèn)題,本文基于擴(kuò)散理論建立了Mg/Cu/A
3、l界面反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,分別求解出液相產(chǎn)生后Mg/Cu界面和Al/Cu界面的反應(yīng)速率計(jì)算式,并得到Cu中間層在兩側(cè)界面的溶解速率,進(jìn)而得到母材、中間層的溶解量及各界面反應(yīng)層厚度,并與試驗(yàn)結(jié)果相符。
動(dòng)力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明,界面反應(yīng)速率均隨溫度的升高而上升,隨時(shí)間的增加而下降;界面反應(yīng)速率在初始200s內(nèi)與時(shí)間先呈指數(shù)關(guān)系,之后近似呈線性關(guān)系,最后趨于穩(wěn)定值;相同溫度下,Mg/Cu界面反應(yīng)速率遠(yuǎn)大于Al/Cu界面反應(yīng)速率;與Al/Cu
4、界面相比,Mg/Cu界面的反應(yīng)速率隨溫度變化的程度較大,尤其在560℃以上,速率隨著溫度升高急劇增加。
根據(jù)中間層兩側(cè)界面反應(yīng)的特點(diǎn),制定了高溫短時(shí)保溫和低溫長(zhǎng)時(shí)保溫兩種改善工藝,并計(jì)算得到相應(yīng)工藝的優(yōu)選參數(shù)。分析各工藝條件下的界面形貌及力學(xué)性能可發(fā)現(xiàn),高溫短時(shí)保溫工藝的高溫階段加熱時(shí)間稍短則Al/Cu界面無(wú)法形成連接,加熱時(shí)間稍長(zhǎng)則Mg合金溶解量增加,且Mg/Cu界面組織惡化,該工藝在高溫階段工藝區(qū)間過(guò)窄,仍無(wú)法得到Mg/C
5、u/Al的可靠接頭;采用低溫長(zhǎng)時(shí)保溫工藝可得到連續(xù)的Al/Cu界面反應(yīng)層并且能夠有效控制Mg合金溶解量,先在483℃保溫60min,再升到555℃加熱11min得到接頭的剪切強(qiáng)度可達(dá)43.7MPa,但此時(shí)在Mg/Cu界面聚集、長(zhǎng)大的Mg-Cu金屬間化合物成為接頭的薄弱區(qū)域,斷裂發(fā)生在Mg-Cu金屬間化合物層。
Mg合金在真空中具有較強(qiáng)的揮發(fā)性,各個(gè)工藝參數(shù)下的Mg合金表面均有不同程度的揮發(fā)損失,為此研究了Mg合金在真空中的揮發(fā)
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