电场作用下AZ31B/Cu扩散界面的结构及性能
发布时间：2022-01-25 06:26
采用电场激活扩散连接技术（FADB）实现了AZ31B/Cu的扩散连接。利用SEM、EDS和TEM分析了扩散溶解层的显微组织、相组成和界面元素分布。采用万能试验机对连接界面的抗剪切性能进行了测试。结果表明:AZ31B与Cu通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,扩散温度低于475℃时扩散溶解层由MgCu2、Mg2Cu和MgCuAl组成,此时接头的薄弱环节为Mg2Cu。扩散温度为500℃时扩散溶解层由Mg2Cu、（α-Mg+Mg2Cu）共晶组织和MgCuAl组成,共晶组织的形成导致接头的抗剪强度进一步降低,并成为新的薄弱环节。当扩散温度为450℃,保温时间为30min时,界面的抗剪强度随保温时间的延长先增大后减小,最大可达40.23MPa。
【文章来源】：材料工程. 2015,43(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１实验装置示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｐｐａｒａｔｕｓ
第４３卷第２期电场作用下ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ扩散界面的结构及性能Ｍｇ２Ｃｕ向Ｃｕ一侧扩散，并且Ｍｇ、Ａｌ原子的活性较Ｃｕ原子强，因此反应扩散基本发生在靠近Ｃｕ基体的一侧，故在Ｍｇ２Ｃｕ扩散溶解层中靠近ＭｇＣｕ２处生成了少量的ＭｇＣｕＡｌ化合物。图２ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的微观形貌（ａ）ＳＥＭ；（ｂ）ＴＥＭＦｉｇ．２ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎＡＺ３１Ｂ／Ｃｕｃｏｕｐｌｅ（ａ）ＳＥＭ；（ｂ）ＴＥＭ当扩散温度升至４７５℃时，ＥＤＳ分析结果表明扩散溶解层的结构没有明显变化，但是各层的厚度有所增加（见图３（ａ））。这是因为随着温度的升高，更多的原子借助能量起伏越过势垒进行迁移，同时金属内部空位浓度的提高也有利于扩散反应的进行。当扩散温度升至５００℃时，扩散溶解层中出现了花纹状的共晶组织（见图３（ｂ）中大圈所示），对其进行相成分分析发现，该组织为α－Ｍｇ和Ｍｇ２Ｃｕ的共晶体，其中浅色部分为Ｍｇ２Ｃｕ，深色部分为α－Ｍｇ。扩散溶解层中其余两层分别为Ｍｇ２Ｃｕ和ＭｇＣｕＡｌ，没有发现ＭｇＣｕ２层。结合Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图（见图３（ｃ））可知，当扩散温度超过４８５℃时，初始形成的Ｍｇ２Ｃｕ层将与多余的Ｍｇ原子发生共晶反应形成α－Ｍｇ＋Ｍｇ２Ｃｕ共晶组织，同时由于共晶液相的扩散能力较强且液相中Ｍｇ原子的浓度较大，因此共晶液相中的Ｍｇ原子在浓度梯度的作用下穿过Ｍｇ２Ｃｕ层向ＭｇＣ
度较大，因此共晶液相中的Ｍｇ原子在浓度梯度的作用下穿过Ｍｇ２Ｃｕ层向ＭｇＣｕ２层扩散，与ＭｇＣｕ２结合形成Ｍｇ２Ｃｕ，从而引起界面物相和形态的变化。同时由于共晶液相的形成，Ｃｕ原子向镁合金一侧扩散的阻力减小，大量的Ｃｕ原子向ＭｇＣｕＡｌ层扩散，在靠近镁合金基体一侧与活泼的Ｍｇ原子生成Ｍｇ２Ｃｕ，而在共晶温度以上Ｍｇ２Ｃｕ与Ｍｇ随之发生共晶反应形成α－Ｍｇ＋Ｍｇ２Ｃｕ共晶组织（如图３（ｂ）中小圈所示）。图３不同温度下ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的ＳＥＭ形貌及Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图（ａ）４７５℃；（ｂ）５００℃；（ｃ）Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图Ｆｉｇ．３ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＡＺ３１Ｂ／ＣｕｉｎｔｅｒｆａｃｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄＭｇ－Ｃｕｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ（ａ）４７５℃；（ｂ）５００℃；（ｃ）Ｍｇ－Ｃｕｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ２．２扩散溶解层形成过程分析ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的形成过程如图４所示。在扩散反应初期（见图４（ａ）），ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面相互接触，在压力的作用下实际接触面积逐渐增大，根据扩散溶解结晶理论［１７］，当镁合金与铜之间的距离达到扩散所需的物理条件后，在浓度梯度和电场的协同作用下Ｍｇ原子和Ｃｕ原子摆脱晶格束缚发生互扩散（见图４（ｂ）），由于Ｃｕ几乎不溶于Ｍｇ，所以二者之间的连接主要通过Ｍｇ向Ｃｕ中进行扩散。当Ｍｇ在Ｃｕ中的
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ31B/Cu异种金属过渡液相扩散焊接头的显微组织及性能[J]. 杜双明,刘刚,王明静. 中国有色金属学报. 2013(05)
[2]TiAl合金与高温合金的扩散焊接头组织及性能[J]. 周媛,熊华平,毛唯,陈波,叶雷. 材料工程. 2012(08)
[3]SiO2f/SiO2复合材料自身及其与铜、不锈钢的钎焊[J]. 陈波,熊华平,毛唯,程耀永. 航空材料学报. 2012(01)
[4]Influences of diffusion bonding process parameters on bond characteristics of Mg-Cu dissimilar joints[J]. G. MAHENDRAN,V. BALASUBR AMANIAN,T. SENTHILVELAN. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(06)
[5]镁合金加工技术发展趋势与开发应用前景[J]. 刘静安. 轻合金加工技术. 2001(11)
博士论文
[1]铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D]. 吴铭方.江苏大学 2011
硕士论文
[1]镁铜异种金属TIG焊接性的研究[D]. 王生希.大连理工大学 2006
本文编号：3608051
【文章来源】：材料工程. 2015,43(02)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１实验装置示意图Ｆｉｇ．１Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆａｐｐａｒａｔｕｓ
第４３卷第２期电场作用下ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ扩散界面的结构及性能Ｍｇ２Ｃｕ向Ｃｕ一侧扩散，并且Ｍｇ、Ａｌ原子的活性较Ｃｕ原子强，因此反应扩散基本发生在靠近Ｃｕ基体的一侧，故在Ｍｇ２Ｃｕ扩散溶解层中靠近ＭｇＣｕ２处生成了少量的ＭｇＣｕＡｌ化合物。图２ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的微观形貌（ａ）ＳＥＭ；（ｂ）ＴＥＭＦｉｇ．２ＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎＡＺ３１Ｂ／Ｃｕｃｏｕｐｌｅ（ａ）ＳＥＭ；（ｂ）ＴＥＭ当扩散温度升至４７５℃时，ＥＤＳ分析结果表明扩散溶解层的结构没有明显变化，但是各层的厚度有所增加（见图３（ａ））。这是因为随着温度的升高，更多的原子借助能量起伏越过势垒进行迁移，同时金属内部空位浓度的提高也有利于扩散反应的进行。当扩散温度升至５００℃时，扩散溶解层中出现了花纹状的共晶组织（见图３（ｂ）中大圈所示），对其进行相成分分析发现，该组织为α－Ｍｇ和Ｍｇ２Ｃｕ的共晶体，其中浅色部分为Ｍｇ２Ｃｕ，深色部分为α－Ｍｇ。扩散溶解层中其余两层分别为Ｍｇ２Ｃｕ和ＭｇＣｕＡｌ，没有发现ＭｇＣｕ２层。结合Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图（见图３（ｃ））可知，当扩散温度超过４８５℃时，初始形成的Ｍｇ２Ｃｕ层将与多余的Ｍｇ原子发生共晶反应形成α－Ｍｇ＋Ｍｇ２Ｃｕ共晶组织，同时由于共晶液相的扩散能力较强且液相中Ｍｇ原子的浓度较大，因此共晶液相中的Ｍｇ原子在浓度梯度的作用下穿过Ｍｇ２Ｃｕ层向ＭｇＣ
度较大，因此共晶液相中的Ｍｇ原子在浓度梯度的作用下穿过Ｍｇ２Ｃｕ层向ＭｇＣｕ２层扩散，与ＭｇＣｕ２结合形成Ｍｇ２Ｃｕ，从而引起界面物相和形态的变化。同时由于共晶液相的形成，Ｃｕ原子向镁合金一侧扩散的阻力减小，大量的Ｃｕ原子向ＭｇＣｕＡｌ层扩散，在靠近镁合金基体一侧与活泼的Ｍｇ原子生成Ｍｇ２Ｃｕ，而在共晶温度以上Ｍｇ２Ｃｕ与Ｍｇ随之发生共晶反应形成α－Ｍｇ＋Ｍｇ２Ｃｕ共晶组织（如图３（ｂ）中小圈所示）。图３不同温度下ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的ＳＥＭ形貌及Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图（ａ）４７５℃；（ｂ）５００℃；（ｃ）Ｍｇ－Ｃｕ二元合金相图Ｆｉｇ．３ＳＥＭｉｍａｇｅｓｏｆＡＺ３１Ｂ／ＣｕｉｎｔｅｒｆａｃｅｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓａｎｄＭｇ－Ｃｕｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ（ａ）４７５℃；（ｂ）５００℃；（ｃ）Ｍｇ－Ｃｕｂｉｎａｒｙａｌｌｏｙｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍ２．２扩散溶解层形成过程分析ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面的形成过程如图４所示。在扩散反应初期（见图４（ａ）），ＡＺ３１Ｂ／Ｃｕ连接界面相互接触，在压力的作用下实际接触面积逐渐增大，根据扩散溶解结晶理论［１７］，当镁合金与铜之间的距离达到扩散所需的物理条件后，在浓度梯度和电场的协同作用下Ｍｇ原子和Ｃｕ原子摆脱晶格束缚发生互扩散（见图４（ｂ）），由于Ｃｕ几乎不溶于Ｍｇ，所以二者之间的连接主要通过Ｍｇ向Ｃｕ中进行扩散。当Ｍｇ在Ｃｕ中的
【参考文献】：
期刊论文
[1]AZ31B/Cu异种金属过渡液相扩散焊接头的显微组织及性能[J]. 杜双明,刘刚,王明静. 中国有色金属学报. 2013(05)
[2]TiAl合金与高温合金的扩散焊接头组织及性能[J]. 周媛,熊华平,毛唯,陈波,叶雷. 材料工程. 2012(08)
[3]SiO2f/SiO2复合材料自身及其与铜、不锈钢的钎焊[J]. 陈波,熊华平,毛唯,程耀永. 航空材料学报. 2012(01)
[4]Influences of diffusion bonding process parameters on bond characteristics of Mg-Cu dissimilar joints[J]. G. MAHENDRAN,V. BALASUBR AMANIAN,T. SENTHILVELAN. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2010(06)
[5]镁合金加工技术发展趋势与开发应用前景[J]. 刘静安. 轻合金加工技术. 2001(11)
博士论文
[1]铝合金与不锈钢低温扩散焊及界面主组元扩散行为研究[D]. 吴铭方.江苏大学 2011
硕士论文
[1]镁铜异种金属TIG焊接性的研究[D]. 王生希.大连理工大学 2006
本文编号：3608051
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