基于镁/铝异种金属连接的多主元合金焊缝设计与连接机制研究

The key problem of Mg/Al dissimilar metal welding are generated Al3Mg2 and Al12Mg17 intermetallic compounds, their existence deteriorate the performance of joints serious. The traditional welding methods and means is difficult to completely avoid interface of Mg - Al intermetallic compounds in production This project is to break through the traditional of welding method and metal material design restrictions. The Multi-component alloy is used in Mg/Al dissimilar metal welding to form a multi-component alloys weld seam between Mg and Al alloy to realize the reliable connection of Mg/Al dissimilar metals. Reveals the multi-component alloys "positive" and "negative" effect of the welding parameters and composition range by study the formation of multi-component alloys welds required welding elements of the screening and matching law, and the evolution and mechanism of multi-component alloys in Mg/Al dissimilar metal interface. Finally developed multi-component alloys welding materials for Mg/Al dissimilar metal welding. In addition, the implementation of the project to achieve high strength Mg/Al dissimilar metal connection can broaden the basic theory system of dissimilar metal connection, and to provide a new reference for other dissimilar metal welding.

镁/铝异种金属连接时，界面中容易产生连续分布的Al3Mg2、Al12Mg17等金属间化合物，它们的存在严重恶化了接头的性能。采用传统的焊接方法和手段难以完全避免界面中Mg-Al金属间化合物的生成。本项目突破传统焊接方法与金属材料设计思想的限制，将多主元合金引入到镁/铝异种金属焊接中，使镁/铝异种金属之间形成一个多主元合金焊缝来实现镁/铝异种金属连接。并通过研究形成多主元合金焊缝所需焊材元素的筛选和配比规律，以及焊接条件下多主元合金在镁/铝异种金属界面中的演变规律和作用机制。揭示出多主元合金起“积极”和“消极”作用的焊接参数和成分范围。同时开发出适合镁/铝异种金属连接的多主元合金焊缝以及对应的焊材。本项目的实施不仅能够实现镁/铝异种金属的高强度连接，并且能拓展异种金属连接基础理论体系，扩大多主元合金的应用领域，为其它难焊异种金属的连接提供新思路和新方法。

镁合金和铝合金是最常见的轻金属结构材料，它们具有质量轻、比强度高、比刚度高等一系列优点，都被应用在电子电器、汽车交通、航空航天、国防军工等领域来减轻构件重量。这些领域的交叉应用不可避免的会遇到镁合金与铝合金的连接问题，实现镁合金与铝合金之间的可靠连接能有效利用两种金属各自的优点，还能进一步减轻构件的重量。镁/铝异种金属连接时，界面中容易产生连续分布的Al3Mg2、Al12Mg17等金属间化合物，它们的存在严重恶化了接头的性能。采用传统的焊接方法和手段难以完全避免界面中Mg-Al金属间化合物的生成。本项目尝试突破传统焊接方法与金属材料设计思想的限制，将多主元合金引入到镁/铝异种金属焊接中，使镁/铝异种金属之间形成一个多主元合金焊缝来实现镁/铝异种金属连接。并通过研究形成多主元合金焊缝所需焊材元素的筛选和配比规律，以及焊接条件下多主元合金在镁/铝异种金属界面中的演变规律和作用机制。实际实施时研究发现焊缝中部分区域生成了多主元合金，焊缝中全部形成了多主元合金的难度较大。本项目进而研究采用合金化的方法显著提高了镁/铝异种金属焊接接头的强度，并找到适合镁/铝异种金属连接的Zn-30Al-0.5Ti填充金属，研究了Ti含量在焊缝中对异种金属焊接焊缝的影响规律。同时，研究了金属间化合物种类和数量对焊缝力学性能的影响规律。结果表明当镁/铝异种金属焊缝中含有不同金属间化合物时，金属间化合物和母材的晶格匹配度越高，焊缝的力学性能越好；当焊缝中含有同一种金属间化合物时，焊缝中金属间化合物含量越少，焊缝的力学性能越高；当焊缝中含有同一种金属间化合物时且含量相同时，焊缝的晶粒越细小，焊缝的力学性能越高。本项目把镁/铝异种金属直接热熔焊接30-40MPa的强度，提高到了151MPa，达到了母材的60%以上。同时本项目引入了晶格匹配的概念，并能对镁/铝异种金属焊接接头进行预测和分析，能够构建镁/铝异种金属焊接基础理论体系。