Ag作中间层的镁铝扩散焊接研究

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镁合金和铝合金都具有低密度、高强度、加工性能好、抗冲击性能好等优异的性能,现已广泛的应用在航空航天、汽车制造、民用电子产品等领域。镁合金与铝合金的焊接连接,不仅能充分发挥镁合金、铝合金各自的优异性能,还能够大大拓展其在高科技领域,特别是在航空航天方面的应用,因此镁铝异种金属的焊接具有非常深远的现实意义。本论文分别采用Ag箔和Ag薄膜作为焊接中间层对Mg1纯镁和1060纯铝进行了真空扩散焊接,研究了焊接工艺(焊接温度、保温时间)对焊接接头显微结构和力学性能的影响。利用SEM、EPMA、EDS对接头界面显微结构和元素分布进行了分析;采用剪切强度和界面显微硬度对接头力学性能进行了表征;利用XRD、SEM对接头剪切断口物相和断口形貌进行了表征。根据菲克(Fick)第二定律,结合Boltzmann-Matano方法分析了Mg/Ag foil/Al扩散焊接接头形成机理,获得了Mg/Ag和Ag/Al界面扩散区的形成与元素扩散迁移之间的规律。Ag箔的添加成功地阻碍了Mg、Al原子的相互扩散,阻止了接头界面高硬度高脆性的Mg-Al金属间化合物的生成,提高了接头强度。Mg/Ag foil/Al焊接接头界面扩散区由Mg3Ag-MgAg-Ag-Ag2Al多层结构组成。Mg3Ag、MgAg和Ag2Al金属间化合物层厚度随着焊接温度的升高和保温时间的延长而增大。接头剪切强度随着焊接温度的升高而增大;随着保温时间的延长而减小。当焊接温度为470℃,保温时间为30min,焊接压力为5MPa时,接头强度达到最大值11.8MPa。焊接接头的剪切破坏主要发生在Ag2A1与A1基体之间,断口表面平整,表现为脆性断裂Ag薄膜的添加成功地实现了镁铝异种金属的低温可靠连接,降低了镁铝异种金属扩散焊接的难度,减小了接头界面微裂纹的数量,进一步提高了接头强度。Mg/Ag fim/Al焊接接头界面扩散区没有Mg-Al金属间化合物生成,而是由Mg3Ag、MgAg两层化合物构成。Mg-Ag金属间化合物层的厚度随着焊接温度的升高和保温时间的延长而增大。接头剪切强度随着焊接温度的升高和保温时间的延长呈现先增大后减小的趋势。当焊接温度为390℃,保温时间为30min,焊接压力为3MPa时,接头剪切强度达到最大值14.5MPa。焊接接头的剪切破坏发生在界面金属间化合物层,断口形貌表现为具有穿晶断裂、沿晶断裂以及少量塑性形变的混合脆性断口。根据菲克(Fick)第二定律以及结合Boltzmann-Matano分析方法,确定了Mg/Ag foil/Al焊接接头Mg/Ag、Ag/Al界面扩散区Mg、Ag、Al元素扩散系数D—浓度C关系方程;计算了在不同焊接温度下Mg、Ag、Al元素在接头界面各化合物层中的扩散系数;获得了Mg、Ag、Al元素在接头界面各化合物层中的扩散方程。结果表明,Mg、Ag、Al元素扩散系数随着焊接温度升高和浓度的增大而增大。Mg/Ag foil/Al焊接接头界面扩散区三种金属间化合物层的生成难易程度为:Ag2Al>Mg3Ag>MgAg。
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