AZ31B扩散连接界面结构及性能研究

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1、http://www.paper.edu.cnAZ31B扩散连接界面结构及性能研究*刘奋军，杜正良，陈少平，孟庆森太原理工大学材料科学与工程学院，太原（030024）E-mail:liufenjun@126.com摘要：通过AZ31B真空扩散焊工艺，在AZ31B/Al结合界面形成了扩散溶解结构。利用金相显微镜、扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、显微硬度计等仪器分析了扩散溶解层的结构、相组成及性能。研究表明：恒温条件下，随着保温时间的延长，在AZ31B/Al界面可以形成不同宽度的、与基材呈“锯齿”状结合的扩散

2、溶解层；扩散溶解层由过渡层和共晶区组成，其平均显微硬度比AZ31B镁合金基体提高了约98%；扩散溶解层的自腐蚀电流比AZ31B镁合金基体提高了约77%。关键词：AZ31B镁合金；铝；扩散连接；扩散溶解层；耐蚀性1.前言镁是地球上储量排第八的元素。镁合金具有许多特殊的性能：重量轻、比强度高、无磁性和很好的电屏蔽性等许多特殊性能，因此被广泛应用于航空、航天、军工、汽车工业、电[1]子工业和能源工业等不同领域中。镁易于与一些合金元素（如Cu、Al、Ni等）形成低熔点共晶，所以脆性温度区间较宽；加之延展性较低，热膨胀系数较

3、大,在焊接过程中易产生较大的焊接热应力与热裂纹；焊接接头易出现氢气孔等焊接缺陷，焊接性较差，很难实现可靠[2,3]的连接，成为镁合金作为结构材料被广泛应用的瓶颈。[4]基于镁合金熔化焊时的特点，固相连接成为研究的热点。LiuPeng等人采用真空扩散焊实现了Mg/Al异种材料的连接，发现焊接接头由镁侧过渡区、中间扩散区与铝侧过渡区三[5][6]部分组成，扩散焊界面形成了致密的新相化合物层。LiuL.M等利用Zn箔作为中间添加层，成功焊接了Mg/Al异种材料，发现镁铝焊接接头界面区由铝锌反应层、未反应锌层、锌镁反应扩散

4、层组成,锌夹层镁铝扩散焊接头抗剪强度明显高于镁铝直接真空扩散焊接头的抗剪[7]强度。本文作者选择铝粉为活性填料的真空扩散连接方法，通过对AZ31B/Al界面形成扩散溶解层的分析，探讨Mg/Al扩散溶解层的结构、形成机理及其影响因素，以期了解固相连接时界面结构对镁合金焊接性的影响。2.试验材料及方法2.1试验材料试验材料为挤压态AZ31B镁合金板材，尺寸为：50mm×10mm×3mm和35mm×30mm×10mm;铝粉纯度99.5%，200±20目。AZ31B化学成分和力学性能分别见表1与表2.表1AZ31D镁合金化

5、学成分（wt%）Table1ChemicalcompositionofAZ31Dmagnesiumalloy(wt%)合金AlZnMnFeCuNiSi其它杂质AZ31D2.940.980.3420.00120.00070.00060.01600.012___________________________________________本课题得到国家自然科学基金项目（50671070）和山西省留学归国人员科学基金项目（2008-26）的支助。-1-http://www.paper.edu.cn表2AZ31D镁合金力

6、学性能Table2MechanicalpropertiesofAZ31Dmagnesiumalloy合金抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%剪切强度/MPa硬度HRBAZ31B26020015130492.2试验方法＃用SiC水砂纸将镁合金试样抛光至1500；然后依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗试样表面。用乙二醇将铝粉和成胶状，然后均匀地涂敷在AZ31B试样表面，焊接试样-2AZ31B/Al/AZ31B（图1）放入L6510Ⅱ-2B中型真空电阻炉。真空度2.2-2.4×10Pa,温度480℃，保温时间60min

7、、90min、180min和360min,随炉冷却至室温取出试样。图1AZ31B/Al/AZ31B扩散连接试验装置图Fig1SketchmapofAZ31Bdiffusionbonding采用JVC金相显微镜、LEO-438VP扫描电镜（SEM）和Y-2000型X-射线衍射仪对AZ31B/Al/AZ31B接头溶解层的显微组织特征进行观察和分析；采用HXD-1000TM显微硬度计对扩散溶解层进行显微硬度测试，同时采用PS-168a型电化学腐蚀测试系统对扩散溶解层进行5%NaCl水溶液电化学腐蚀测试。3.试验结果及分析

8、3.1接头显微组织分析AZ31B/Al/AZ31B扩散焊接头界面显微组织结构如图2所示。焊接接头由近缝区和焊缝组成。焊缝又由扩散溶解层组成，其中扩散溶解层分过渡层和共晶区。近缝区由“胞状”固溶体构成，焊缝由“柱状”和“块状”的固溶体和“菊花状”共晶组织构成，而且共晶组织成网状连接在一起。焊缝形成主要经历了：固相互扩散-固溶体-过饱和固溶体-新核形成并长大-局