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Keywords Magnesium alloy Aluminum alloy Copper foil middle layer Vacuum diffusion welding Dissimilar metals welding Intermetallic compounds
目 录
1 引言 1
1.1 课题的意义 1
1.2 铝镁异种金属焊接特点与难点分析 1
1.3 国内外镁铝异种金属焊接研究现状 3
1.4 论文研究内容与研究方案 7
2 试验材料及设备 8
2.1 试验材料 8
2.2 试验设备 9
3 铝镁异种金属真空扩散焊接工艺设计 11
3.1 铝镁真空扩散焊接工艺装置设计与试验流程 11
3.2 试验参数设计 13
4 镁铝直接真空扩散焊接头组织性能分析 14
4.1 接头微观组织分析 14
4.2 接头力学性能分析 16
4.3 本章小结 18
5 基于铜中间层的镁铝真空扩散焊 18
5.1 接头微观组织分析 18
5.2 接头显微硬度分析 21
5.3本章小结 22
致 谢 24
参 考 文 献 25
1 引言
1.1 课题的意义
镁及镁合金是目前可应用的最轻的结构材料，具有不可替代的性能，如高比强度、高比弹性模量、高阻尼减震性、高导热性、高静电屏蔽性、高机械加工性和极低的密度，极易回收利用等一系列优点，被称为“21世纪的绿色材料”，广泛应用于航空、航天、汽车、计算机、通讯和家电等行业[1-5]。众所周知铝合金已在航空、航天、汽车、机械制造、电工及化学工业中大量应用[6]。镁合金和铝合金应用的广泛性和交叉性使Mg/Al异种金属的连接在所难免。例如在坦克装甲中的镁铝叠层装甲就是利用了铝合金的高比强度和镁合金的抗震性能，在航天器中的航天发动机以及零部件中使用镁铝复合结构可以减轻构件的质量，提高结构的性能，自行车制造中镁合金和铝合金管接头的连接等。可见实现它们的可靠连接，可以发挥两种金属不同的性能，在军事、航空、汽车等领域有广阔的应用前景[7-9]。
目前，在镁铝异种材料的焊接过程中不可避免的会产生金属间化合物层，严重影响了接头的性能，很难得到优质高强度的镁铝异种金属接头[10-15]。急需一种方法可以有效控制金属间化合物的生成，实现镁铝异种接头的可靠连接。
真空扩散焊可以精确的控制加热温度和保温时间，进而控制金属间化合物的生成[16-17]。采用真空扩散焊已经实现了Ti/Al和Fe3Al/Q235等异种材料的焊接[18-19]。本文提出采用扩散焊方法，研究焊接温度与接头微观组织结构及性能的内在联系，研究采用Cu箔作为中间层对接头组织性能的影响，为深入开展Mg/Al异种金属焊接研究的提供重要的试验及理论依据，对推进Mg合金在汽车、航空航天、国防等领域的应用具有重要科学意义和实用价值。
1.2 铝镁异种金属焊接特点与难点分析
1.2.1 异种金属焊接的特点：
(1) 异种金属的熔点相差越大，越难进行焊接，由于熔点低的金属达到熔化状态时，熔点高的金属仍呈固体状态，这时已熔化的金属容易渗入过热区的晶界，使过热区的组织性能降低。当熔点高的金属熔化时，势必造成熔点低的金属流失，合金元素烧损或蒸发，使焊接接头难以焊合；
(2) 异种金属的线膨胀系数相差越大，越难进行焊接。线膨胀系数大的金属热膨胀率大，冷却时收缩率也大，在熔池结晶时，会产生很大的热应力，由于焊缝两侧金属承受的应力状态不同，所以易使焊缝及热影响区产生裂纹，甚至导致焊缝与母材剥离；