亚微米级al2o3p-6061al铝基复合材料扩散焊接

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1、亚微米级Al2O3p/6061Al铝基复合材料扩散焊接

2、第1内容加载中...摘要本文以亚微米级Al2O3p/6061Al铝基复合材料为对象，研究了直接扩散焊与采用中间层扩散焊两种工艺焊接铝基复合材料的特点、机理，分析了中间层对接头强度的影响规律。结果表明，在铝基复合材料液、固温度区间，存在“临界温度区域”，在此温度区域进行直接扩散焊接时，通过液相基体金属的浸润，使得在扩散接合面中增强相€€增强相接触转化为增强相€€基体€€增强相的有机结合，获得高质量焊接接头；进一步研究发现，在扩散接合面上采用合适的基体中间

3、层同样可以将增强相€€增强相接触转化为增强相€€基体€€增强相的有机结合，同时增大“临界温度区域”范围，接头性能更加稳定，接头变形量进一步减小（<2%）。关键词铝基复合材料、直接扩散焊、中间层扩散焊一序言铝基复合材料作为一种新兴材料，由于其具有高比强度、高比模量、耐高温、抗辐射、尺寸稳定性好等优异的综合性能而受到人们的广泛关注并将逐步取代部分传统的金属材料而广泛应用于航空、航天、汽车制造业等领域，成为当今金属基复合材料发展与研究的主流。然而铝基复合材料的焊接性差，很难形成高强度的焊接接头，成为该种材料

4、走向实用化的严重障碍。本文以亚微米级Al2O3p/6061Al铝基复合材料为对象，通过系列试验研究了采用直接扩散焊与基体铝合金作为中间层的扩散焊两种工艺焊接铝基复合材料的特点、机理，分析了中间层对接头性能的影响，探索实现铝基复合材料优质连接的有效工艺。二试验材料及方法2.1试验材料采用挤压铸造法制备亚微米级Al2O3p/6061Al铝基复合材料。增强相Al2O3颗粒平均尺寸为0.4μm，体积比为30%。该复合材料在扫描电镜下的显微组织见图1，在退火状态下拉伸强度为300MPa。基体6061Al的化学成分如表

5、1所示。选取与基体相同成份的6061Al铝箔作为中间层，其厚度介于5-30μm之间。图1Al2O3p/6061Al铝基复合材料显微组织表16061Al的化学成分（€€5600LV分析接头微观组织及断口形貌。　　图2Al2O3p/6061Al铝基复合材料扩散焊接工艺流程图接头变形率按下式计算：ΔS%=（S-S0）/S0其中：S0-焊前接头截面积S-焊后接头截面积三.试验结果及其讨论分别采用直接扩散焊与中间层扩散焊两种工艺焊接Al2O3p/6061Al铝基复合材料。试验结果如图3所示，可以看到，直接扩散焊与采用

6、6061铝合金箔中间层扩散焊两种工艺条件下均可以获得较高的接头强度，但直接扩散接头变形量较大，介于6-12%之间，而6061铝合金箔做中间层时接头变形量小于〈2%。可见采用与铝基复合材料基体金属相同的6061Al合金做中间层时可以获得更高质量的接头。从图中还可以发现，在试验范围内，直接扩散焊时接头强度随焊接规范的提高而提高，特别是当温度超过基体材料的固相线温度（855K）时，接头强度有显著提高，焊接规范参数具有明显的门槛值，较高接头强度往往伴随着较大的接头变形量（最大可达12%），同时从图3中可以发现直接扩

7、散焊接时铝基复合材料焊接接头性能波动较大。与直接扩散焊相比，在同一焊接规范下加入6061Al合金中间层扩散焊时接头性能稳定性、波动较小。　　图3直接扩散焊、夹层扩散焊接头强度与焊接温度关系曲线这是由于铝基复合材料对接时，在接触面上存在以下界面结合形式：增强相-增强相（R-R）；增强相-铝合金基体（R-M）；铝合金基体-铝合金基体（M-M）。由于基体与增强相的熔点相差很大，在试验焊接规范下，（R-R）的结合几乎没有强度[1、4]，该部位不仅仅减少了载荷的传递能力，而且还为裂纹的萌生和扩展提供了场地。因此避免（

8、R-R）接触是提高扩散焊接头强度的关键，也是铝基复合材料扩散焊接工艺研究的中心环节。直接扩散焊时，当焊接温度超过基体合金固相线温度时，基体原子的活性和迁移率增加，并且在材料接触面上出现基体合金液态薄膜，此液膜浸润材料连接表面，基体原子通过这个液膜加速相互扩散，此时铝合金基体塑性流动性良好，借助基体的塑性流动使得接头区域增强相颗粒重新分布，导致了铝合金基体渗入增强相之间的结合处，促使了界面上的增强体€€增强体(R€€R)接触改为增强体€€基体(R€€M)接触,由于(R€€R)接触几乎无结合而(R€€M)接触结

9、合强度远远大于(R€€R)接触,因此可以使接头强度大大提高。可见复合材料间直接扩散焊要得到高强度的接头，一方面需要对焊接参数控制得非常严格，另一方面不可避免地接头要产生较大的变形。这对焊后尺寸要求严格的情况是不合适的。而对于铝合金中间层扩散焊来讲，并不是通过基体材料的塑性变形使增强相重新分布来避免（R-R）接触，而是由于铝合金中间夹层的加入，将接合面上的（R-R）接触转化为（M-M）、（R-M）接触，提高了接头的