[发明专利]一种改善铝镁异种材料界面连接的方法

说明书

本发明一种改善铝镁异种材料界面连接的方法，属于金属结构材料连接技术领域；首先对铝、镁材料试样搭接区域进行打磨，然后采用送粉装置的高速粒子流对铝、镁材料试样搭接区域进行涂层处理，涂层制备结束后在惰性气体氛围或空气中冷却；最后对铝、镁搭接试样进行回填式搅拌摩擦点焊。本发明所制备的锌涂层的存在可以有阻止铝镁之间的相互扩散，降低脆性相(IMC)的生成，提高了铝镁搭接接头的抗拉剪载荷。说明书附图图5中，对比了不加涂层的接头和利用此方法制备锌涂层后的接头力学性能，结果表明，利用本方法添加锌涂层后，接头的性能确实有较大改善。

技术领域

本发明属于金属结构材料连接技术领域，具体涉及一种改善铝镁异种材料界面连接的方法。

背景技术

镁合金作为新型绿色环保工程材料，具有重量轻、比强度高、比刚度高等优点，在汽车轻量化和节能减排等方面具有广泛的应用前景。但是，镁合金耐腐蚀性差是制约其应用的主要因素。铝合金是工业中使用最广泛的绿色结构材料之一，具有较低的密度、良好的成型性能和高的耐蚀性等特点。因此，将铝合金和镁合金连接起来使用，能充分发挥铝镁合金各自的优势，具有重要的实际意义。但是，铝、镁合金的物理及化学性能具有差异性，实现铝、镁合金焊接难度大。并且铝镁异种金属的溶解度较低，铝、镁合金在450℃时，发生共晶反应会生成Al₁₂Mg₁₇以及Al₃Mg₂金属间化合物(Intermetallic compounds,IMC)。共晶反应生成的IMC为脆性相，其硬度较大且与金属基体不相容，导致焊接接头的结合强度显著下降。

湖南大学的田伟采用激光焊对AZ91/AA6016异种合金进行焊接，研究接头中的气孔问题。结果表明，Mg/Al焊接接头的气孔主要来源于母材表面的氧化膜、元素的蒸发烧损和母材中的原始微气孔。接头试验时均为脆性断裂，相结构更稳定的Al₁₂Mg₁₇脆性金属间化合物沿Mg/Al熔合界面处连续分布，使接头沿界面发生脆性剪切断裂。(田伟,周惦武,乔小杰,等.镁/铝异种金属激光焊气孔形成原因研究[J].激光技术,2013,37(06):825-828.)

Jing S等采用冷金属过渡焊接技术对AZ31B镁合金及6061铝合金进行焊接，发现焊缝与镁合金界面处存在大量连续的Al₃Mg₂、Mg₂Si及Al₁₂Mg₁₇金属间化合物，这些金属间化合物的存在使接头镁侧熔合线附近显微硬度值升高、韧性降低，从而导致接头力学性能降低。(Jing S,Kehong W,Zhou q,et al.Microstructure characteristics andproperties of Mg/Al dissimilar metals made by cold metal transfer weldingwith ER4043 filler metal[J].Rare Metal MaterialsEngineering,2013,42(7):1337-1341.)

Macwan A等采用超声波点焊对2mm厚ZEK100镁合金和1.5mm厚5754铝合金进行搭接焊，研究不同焊接能量下接头的组织及剪切性能，研究结果发现,接头的组织为ɑ(Mg)与Al₁₂Mg₁₇共晶组织，扩散界面厚度随着焊接能量的增加而增加，接头的最大拉伸剪切载荷随焊接能量的增加呈先增加后降低的趋势，并且在焊接能量为500J时达到最大值，为2.2kN。但是超声波点焊的焊接功率不高，通常仅针对薄板的焊接，不适合于厚板铝/镁异种金属的焊接。(Macwan A,Chen D L.Ultrasonic spot welding of rare-earth containingZEK100 magnesium alloy to 5754aluminum alloy[J].Materials ScienceEngineeringA,2016,666:139-148.)