超声辅助过渡液相连接Al_Mg接头的形成机制及微观组织研究

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1、硕士学位论文超声辅助过渡液相连接Al/Mg接头形成机制及微观组织研究MICROSTRUCTUREANDFORMINGMECHANISMOFULTRASONIC-ASSISTEDTRANSIENTLIQUIDPHASEBONDEDJOINTOFAl/Mg彭丽明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG454学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文超声辅助过渡液相连接Al/Mg接头的形成机制及微观组织研究硕士研究生：彭丽明导师：许志武副教授申请学位：工学硕士

2、学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG454U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMICROSTRUCTUREANDFORMINGMECHANISMOFULTRASONIC-ASSISTEDTRANSIENTLIQUIDPHASEBONDEDJOINTOFAl/MgCandidate：PengLimingSupervisor：A

3、sso.Prof.XuZhiwuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要铝、

4、镁及其合金因具有密度小、强度高、可加工性好等性能而被广泛应用于现代制造业中。实际生产中必然涉及两者的广泛交叉使用。Al/Mg异种材料焊接的瓶颈在于易产生Al-Mg系金属间化合物（IMCs）。超声辅助过渡液相连接不仅可以利用低温共晶反应实现连接，而且结合声空化效应去除氧化膜和加速母材及中间层的溶解、扩散、反应，从而实现大气环境下较低温度的焊接。为避免Al3Mg2、Al12Mg17的产生，本文采用该方法并利用纯Zn作为中间层进行Al/Mg异种合金的焊接。首先，对Mg/Zn/Mg接头的组织和形成机制进

5、行研究，结果发现接头由Mg+MgZn共析组织、MgZn2固态化合物及薄层MgZn构成。化合物危害性由大到小依次为MgZn2、MgZn、Mg+MgZn，因此典型接头在MgZn2层发生脆性断裂。焊接参数对接头微观组织的影响基本呈规律性变化，主要表现为焊缝宽度、MgZn2层厚度。随焊接温度、超声时间增加，焊缝宽度和MgZn2层厚度均减小；随中间层厚度增加，焊缝宽度和MgZn2层厚度均增加；随超声功率增加，焊缝宽度先增加后略减小，而MgZn2层厚度逐渐减小；随焊接压力增加，焊缝宽度先增加后减小。Mg+M

6、gZn共析组织是由Mg、Zn依次发生共晶、共析转变形成，MgZn2是靠固态扩散形成的化合物。接头主要断在MgZn2层、MgZn2和Mg+MgZn层（混合型断裂）、Mg+MgZn层，对应强度分别为30.0MPa、37.9MPa、39.4MPa。其次，对Al/Zn/Al接头的组织和形成机制进行研究，结果发现焊缝主要由Al-Zn共晶组织、α-Al、β-Zn组成。焊接参数对接头微观组织的影响基本呈规律性变化，主要表现在焊缝宽度。随超声功率、焊接温度、焊接压力、超声时间的增加，焊缝宽度减小；而随中间层厚度

7、的增加，焊缝宽度增加。焊缝靠Al-Zn共晶反应形成共晶液相和超声加速母材及中间层的溶解、反应及扩散，最终在焊缝两侧形成较多的α-Al，并向焊缝中心生长。最后对Al/Zn/Mg接头的组织和形成机制进行研究，结果发现成功避免了Al3Mg2、Al12Mg17。焊缝主要由弥散分布极小尺寸Al-Zn共析组织的MgZn2和Mg+MgZn共析组织构成，同时也有少量MgZn、Al-Mg-Zn三元化合物生成。焊缝中MgZn2的危害性大于Mg+MgZn，接头断裂属于脆性断裂。焊接参数对接头微观组织的影响呈现一定的规

8、律性，主要表现在焊缝宽度和MgZn2厚度。随超声功率、焊接压力、超声时间的增加，焊缝宽度和MgZn2宽度均减小；随-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文中间层厚度的增加，焊缝宽度和MgZn2宽度增加。随焊接温度的增加，焊缝中MgZn2逐渐减少，直至完全消失。镁母材侧焊缝靠Mg、Zn发生共晶反应产生共晶液相形成连接，而铝母材侧焊缝靠Al、Mg、Zn三组元在一定温度下发生固态扩散反应形成连接；接头主要断在MgZn2和Mg+MgZn层（混合型断裂）、MgZn2层、Al-Mg-Zn化合物薄层，对应的接头强