镁合金铝合金的固态扩散焊接探索
作者：李奇峰
来源：《科技资讯》 2011年第34期
李奇峰
(苏州华旃航天电器有限公司研究所 江苏苏州 215129)
摘 要:本文以镁合金ZK60和铝合金7A04为研究对象,采用加入中间层锌的方式对Mg／Al异种材料进行了扩散焊接试验,试验焊接条件在非真空环境下,焊接设备及条件相对简单,具有很高的实际工业生产利用价值。探索性的总结出一些影响镁铝扩散焊接的因素以及有利于扩散焊接的试验工艺参数条件以及操作过程。结果表明,Mg／Al异种材料扩散焊在焊接温度在430℃左右,焊接压力16MPa焊接时间为80min～120min能得到良好的扩散焊接头。
关键词:Mg/A1异种材料 显微组织 扩散焊接
中图分类号:TG457
文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(a)-0081-01
镁、铝是目前应用广泛的航空航天材料,具有熔点低、密度小、塑性好等优点。由于镁合金和铝合金应用的广泛性和交叉性,以及在某些场合对其特殊性能的要求,将镁、铝及其合金连接形成复合结构十分必要。一般的焊接方法(如MIG,TIG)很难对Mg/Al异种材料进行连接,主要是在焊接热影响区产生变形及裂纹。扩散连接能够避免采用熔焊方法时易产生的裂纹、变形、偏析等缺陷,采用扩散焊技术实现了对Fe3Al异种材料、Ti/A1异种材料的可靠连接,但是对于Mg/A1活性金属的扩散连接目前尚未见报道。研究镁、铝合金的扩散连接以及接头微观组织具有重要的理论及实践意义。
1 实验过程
1.1 实验设备
扩散焊接探索试验在自行设计制造的试验装置上进行,实验在非真空环境下进行。它能够满足一般扩散焊接对焊接温度、压力等重要参数的控制要求。该装置采用电阻加热方式,焊接温度用热电偶测量,试验时热电偶固定在距焊接试样约1mm处。
一名词解释
1、 致密度：表示晶胞中原子所占体积与晶胞体积的比值，是衡量原子排列紧密程度的参数，致密度越大，晶体中原子排列越紧密，晶体结构越致密。
2、 相：合金中具有同一聚集状态、同一晶体结构、成分基本相同、并有明确界面与其他部分相分开的均匀组成部分。
3、 固溶体：指以合金某一组元为溶剂，在其晶格中溶入其他组元原子（溶质）后所形成的一种合金相，其特征是仍保持溶剂晶格类型，结点上或间隙中含有其他组元原子。
4、 离异共晶：成分点靠近共晶转变线两端的亚共晶和过共晶合金，结晶后组织中初晶量多，共晶体数量少，而且共晶体中与初晶相同的一相与初晶结合在一起，将共晶体中另一相推至晶界，造成的共晶体两相分离的非平衡组织。
5、 平衡分配系数：固溶体合金在结晶过程中具有选分结晶的特点。因此在一定温度下平衡时，固相成分与液相成分之比称为平衡分配系数。该参数反映了溶质在固液两相中的分配系数及溶质对合金熔点的影响程度。
6、 反应扩散：在固态扩散的过程中，如果渗入元素在金属中溶解度有限，随着扩散原子增多，当渗入原子的浓度超过饱和溶解度时则形成不同于原相的固液体或中间相，从而使金属表层分为出现新相和不出现新相的两层，这种通过扩散而形成新相的过程称为反应扩散。
7、 固溶强化：当形成固溶体后，溶剂晶格中因溶有溶质原子而产生晶格畸变，溶质原子的应力场会与位错产生交互作用而阻碍位错运动，增大了位错运动的阻力，使得临界分切应力远比纯金属打，滑移系开动比纯金属困难，使材料的塑性变形抗力提高，硬度、强度上升，而塑性、韧性下降的现象称为固溶强化。
8、 退火：将金属及其合金加热至相变温度以上，保温一段时间，然后以较为缓慢的速度冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺称为退火。
9、 柏氏矢量：用来描述位错引起晶格畸变的物理量。该矢量的模是位错的强度，表示晶格总畸变的大小，其方向表示晶格点畸变的方向。一般情况下，该矢量越大，晶体畸变的程度越大。
第28卷第4期(总第112期)2009年12月湿法冶金HydrometallurgyofChinaVol.28No.4(Sum.112)Dec.2009
固态金属中质点扩散过程理论及方法
张芬萍,李运刚
(河北理工大学冶金与能源学院河北唐山 063009)
摘要:扩散是最重要的传质方式之一,扩散过程对于很多冶金或材料的制备过程有决定性作用。简述了固态金属中质点扩散过程中的宏观理论和微观机制,介绍了扩散过程的研究方法。关键字:扩散理论;固态金属;Kirkendall效应;扩散机制中图分类号:O552.2 文献标志码:A 文章编号:100922617(2009)0420203205
收稿日期:2009206224基金项目:国家自然科学基金资助项目(50674039)。作者简介:张芬萍(1984-),女,青海西宁人,硕士研究生,主要研究方向为新材料的制备。 扩散是自然界中的基本物理现象之一,是一种重要
的传质方式,在冶金和材料制备过程中的影响举足轻重。
利用扩散退火改善因凝固带来的合金成分的不均匀性;利用扩散,在金属表面进行渗金属或非金属处理,可以提
高材料的表面强度、耐腐蚀性、导电导热性等;利用扩散,还可制备双层金属复合管以及高科技领域中所需的各种
功能材料,如功能梯度材料等;扩散焊、扩散连接的发展
又是扩散的推广应用。增大扩散系数,可以提高扩散速
率,有利于扩散过程的进行,这给科学研究和工业实践带
来很大益处。然而有时,扩散过程的进行又会造成相当
严重的破坏,因此,了解固态金属中质点的扩散理论,认
识其扩散机理,具有及其重要的意义。国内外的很多学
者对各种金属、金属对中质点的扩散进行了研究,并且研
究金属中质点扩散的方法众多。本文主要介绍对于扩散
过程的宏观和微观的研究理论及其研究方法。
1 扩散过程宏观理论的研究
理论上,处理宏观扩散有2种不同的方式,即唯象理
论和热力学理论。前者用菲克(Fick)方程研究扩散过程
中扩散物质的浓度分布与时间的关系,后者从热力学角
1第8章金属的固态扩散本章主要内容
扩散机制、扩散分类以及固态金属扩散的
条件
扩散第一定律、扩散第二定律的表达式及
意义
影响扩散的因素
8.1 扩散概述
扩散对于材料的加工过程具有重要影响。8.1 扩散概述
气体、液体——对流、扩散(具有很大扩
散速率和完全各向同性)
固体——扩散——唯一机制(具有低扩散
速率和各向异性)
扩散：由于热运动而导致原子(或分子)在
介质中迁移的现象。
材料工程中：烧结、渗碳、均匀化、析出、
相变、腐蚀…
Furnace for heat treating steel using the
carburization process8.1.1 固态扩散的分类
(1) 根据扩散方向是否与浓度的方向相同进
行分类
1) 上坡扩散：原子由低浓度处向高浓度处进
行的扩散。(如液态合金的共晶转变、固
溶体的共析转变；固溶体中新相析出及新
相长大)
2(1) 根据扩散方向是否与浓度的方向相同
进行分类
其它引起上坡扩散的因素：
弹性应力的作用：大直径原子跑向点阵的受
拉部分，小直径原子跑向点阵的受压部分。
晶界的内吸附：某些原子易富集在晶界上。
电场作用：大电场作用可使原子按一定方向
扩散。
2) 下坡扩散：原子由高浓度处向低浓度处进
行的扩散。(如均匀化退火、化学热处理)8.1.1 固态扩散的分类
(2) 根据扩散过程是否发生浓度变化分类
1) 自扩散：原子经由自身元素的晶体点阵而
迁移的扩散。(无浓度变化，如纯金属和
均匀固溶体的晶粒长大)
2) 互扩散：原子通过进入对方元素晶体点阵
而导致的扩散。(有浓度变化，如化学热
处理、材料成分均匀化)
8.1.1 固态扩散的分类
(3) 根据扩散过程是否出现新相进行分类
1) 原子扩散：扩散过程中不出现新相(晶格
类型不变)。
2) 反应扩散(相变扩散)：当某种元素扩散，
其浓度超过基体金属的溶解度极限而形成
新相的过程。8.1.1 固态扩散的分类
(4) 根据扩散过程经过的路径进行分类
