[发明专利]非晶合金与异质金属材料搅拌摩擦连接方法

说明书

技术领域

本发明涉及块状非晶合金与Al等异材连接技术，具体为一种通过搅拌摩擦焊的方法在非晶合金过冷液相区进行连接加工，使块状非晶合金与异质金属材料Al等搅拌连接的方法。

背景技术

非晶合金作为一种新型工程材料，在使用过程中有时需要与其他金属进行连接，非晶合金的连接性问题就受到了关注。目前，国内外对于非晶合金连接性研究已经取得了一些进展。非晶合金连接方法主要包括：爆炸焊、储能脉冲连接、电子束焊、激光焊、摩擦焊等五种。在这些连接方法中前四种均为熔化连接，这种方法容易导致焊后晶化、缺陷和焊缝脆化；摩擦连接则被认为是一个固态连接过程，由于接头处合金不熔化，从而避免了晶化和连接缺陷，能得到很高的力学性能，摩擦焊是连接非晶合金较为理想的一种连接方法。

摩擦焊是利用工件接触端面相对旋转运动中相互摩擦所产生的热，使端部达到热塑性状态，然后迅速顶锻，完成连接的一种压焊方法。Kawamura等最早采用摩擦连接的方法实现了Pd₄₀Ni₄₀P₂₀、Pd₄₀Cu₃₀Ni₁₀P₂₀、Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀和Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃等非晶合金的连接。连接接头的强度与母材相当，异种非晶合金之间进行连接时，其玻璃化温度T_g相差低于50K，可以实现连接；但当两种不同的非晶合金间的玻璃化温度T_g相差大于50K以上时，则由于焊缝两端非晶合金的变形程度不同而不能连接。同时，Kawamura研究组还成功地完成了Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₀Be₂₃非晶合金对2017铝合金和5038铝合金的连接。而在Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃与低碳钢、Ti合金、7075铝合金连接中，非晶合金单方面变形，从而导致了连接的失败。

Kawamura等利用电子束连接方法成功地对Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃自身，Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃与纯Zr金属，Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃与Zr合金(Zircaloy-4)的连接。但对Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃与低碳钢，Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃与Ti合金(Ti-6AL-4V)的连接失败，另外对Zr₅₅Al₁₀Ni₅Cu₃₀的电子束焊失败。非晶合金Zr₄₁Ti₁₄Cu₁₂Ni₁₀Be₂₃和晶态金属Zr、Zr合金的连接获得了良好的连接接头。接头处靠近块体非晶合金(BMG)一侧的区域仍保持了玻璃态组织，而靠近Zr金属的区域没有脆性相的形成。对接头作拉伸实验，断裂发生在Zr金属一侧。抗拉强度与原纯Zr金属同为400MPa。