过渡层在铝/钢搅拌摩擦钎焊中的作用

【摘要】本文采用搅拌摩擦钎焊(FSB)技术,对工业纯铝板和低碳钢板进行了连接,为抑制钎缝界面间化合物的生成,通过电化学镀覆的方法在钢板表面添加了过渡层金属,对钎焊接头进行了力学性能测试,并与未添加任何过渡层金属的接头进行对比。通过SEM和EDS等分析试验方法对接头界面的形貌和微观组织进行了观察和分析,来进一步揭示其连接机理,分析了过渡层金属对接头使用性能和微观组织的影响。通过试验研究有如下发现：铝/钢搅拌摩擦钎焊中,可以采用锌基(纯锌)钎料进行连接,该钎料在连接过程中具有良好的润湿性,焊后接头试样在抗拉剪试验时可在铝母材处断裂,焊后铝母材抗拉强度可达到焊前的70%以上。接头撕裂试验表明,在未添加过渡金属层时,接头极易在界面处撕开,且抗撕裂载荷强度较低。通过连接工艺的试验和分析,铝钢异种金属连接搅拌摩擦钎焊工艺参数为,工具下压量0.1～0.4mm之间,预热时间为10～20s,工具旋转速度1300～1500rpm,焊接速度4Omm/min左右。添加过渡金属镍以及镍/铜复合层后,接头的力学能较为优良,拉剪试样均断裂在铝母材上,纵向撕裂试样最终失效在焊缝表面的铝材上,其中添加复合镀层横向撕裂试样最终也在铝材表面上失效,而未添加任何过渡金属的试样则在界面处撕开,添加过渡金属的接头抗撕裂性能好于未加任何过渡层的接头。添加镍过渡层后,接头中心区域界面几乎不生成A1-Fe金属间化合物,主要生成了较薄的Al-Ni司化合物,而在接头边缘区域较易生成A1-Fe间化合物；镍层在中心区域存在较为稳定,厚度及扩散分布也较为致密和均匀,起到了很好的保护作用,但是从过渡区开始到边缘区,由于热输入量的逐渐增加,镍层开始逐渐较少直至消失,失去了保护作用。添加镍／铜复合金属过渡层后,接头界面的中心区域组织非常致密,分布也较为均匀；铜过渡层向钎料和钎缝中心实现了一定量的溶解和扩散,形成富锌相,在中心区域含量很少,绝大部分随液相的Zn-Al合金从接头中心排出,并在边缘区域大量聚集；界面生成少量的A1-Cu间化合物,在中心区域较为聚集,而在边缘区较为稀疏分散；镍过渡层在整个接头界面扩散分布均匀,对钢基体起到了很好的保护作用；接头界面几乎未出现脆性的Fe-Al化合物,锌在接头中心区域熔化时对焊缝起到了保护作用,抑制了Al-Cu化合物的生成过厚,同时锌溶解了一定量的铝和铜,对镍层也起到了保护作用,和镍层一起有效控制了脆性的金属间化合物的大面积生成。锌钎料在FSB连接过程中,主要功能体现在熔化时与铝母材产生的合金液相对焊缝的保护作用,并且在摩擦工具与母材间摩擦与挤压的界面作用下及时从焊缝中心排出,有效防止了连接过程中母材金属氧化,有利于接头界面形成致密组织。
【作者】邵家霖；
【导师】俞伟元；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】铝-钢；FSB；过渡层；金属间化合物；

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