利用导向合金改变Mg/Al扩散通道的研究

通过相图测定与热力学计算设计导向合金，用以改变Mg/Al之间的扩散通道，控制连接区组织，是实现Mg/Al焊接接头力学性能改善的一个新思路。本项目通过扩散偶法与平衡合金结构分析法精确测定Mg-Al-Zn系富Mg角的相平衡成分，利用CALPHAD技术优化出可靠的相关热力学参数，准确地计算所需温度alpha-Mg/Mg32(Al, Zn)49共轭线的精确位置，并设计导向合金成分初值；在测定导向合金熔化时熔入Mg、Al含量的基础上，结合Scheil模型计算导向合金实际凝固过程中的构成相，直至所设计的导向合金在熔入Mg、Al后落在alpha-Mg/Mg32(Al, Zn)49共轭线上；并采用"Mg/导向合金/Al"夹层扩散连接进行实验验证，实现Mg→Mg32(Al, Zn)49→Al的扩散通道，从而抑制大量低熔点、粗大的Mg-Al系金属间化合物的形成。

本项目通过扩散偶法和平衡合金法，获得了 Mg-Zn-Al系富 Mg 角300~400℃镁基固溶体与二元和三元金属间化合物的相平衡关系；并通过热力学优化获得了 Mg-Zn-Al 合金系的热力学数据，从而为优化ZA系镁合金成分、热处理及制备工艺提供了有力的理论支撑。通过热力学计算，以及利用Zn/Mg17Al12、Mg/Al-(10~50)Zn和Mg-(1~40)Zn扩散偶对Mg-Zn-Al三元系中的扩散通道进行了研究。主要成果包括： .(1) 首次从实验证实了在335℃，三元金属间化合物tao相并不与alpha-Mg固溶体相平衡，这意味着在Mg-Zn-Al系富Mg角，tao相只是个亚稳相，并不能利用该化合物来改变Mg/Al异质联接时的扩散通道，而只能利用仅有的一个三元化合物phi相进行导向合金设计，从而改变Mg/Al之间扩散通道。.(2) 利用Zn/Mg17Al12、Mg/Al-(10~50)Zn和Mg-(1~40)Zn扩散偶对Mg-Zn-Al三元系中的扩散通道研究结果表明，纯Zn和Al-Zn中间合金不会改变Mg/Al之间的扩散通道，Mg-Zn基合金通过优化夹层扩散连接温度与时间，或者ZA或ZK系镁合金作为焊丝合金，有望能够实现满足实际力学性能要求的Mg/Al合金异质联接。