镁合金/Zn-xAl中间层/铝合金接触反应钎焊接头韧性颗粒相形成及其对接头强韧化机理研究

镁/铝连接是轻金属连接领域的研究热点，其难题在于镁、铝间极易形成脆性金属间化合物，导致接头性能恶化。现有镁/铝连接方法都致力于减少或改善金属间化合物在接头中的分布来提高接头性能，但目前还没有满意的结果。申请人发现，使用Zn-xAl中间层进行镁/铝合金钎焊时，中间层中韧性第二相颗粒与接头中金属间化合物形成复相组织能使接头力学性能大幅提高，断裂形式也由脆性转变为韧性，但韧性相对接头性能提高的作用机理尚不清楚。基于此，本项目拟针对镁合金/Zn-xAl/铝合金接触反应钎焊接头的韧性颗粒相形成及其接头强韧化机理进行深入研究，包括韧性相在焊接过程的组织演化行为；韧性相与金属间化合物形成的复相组织中各相比例、尺寸和分布对接头性能的影响规律；揭示韧性相对接头的强韧化机理等。本研究对发展镁/铝合金接触反应钎焊理论，开发镁/铝合金高水平焊接工艺和新型焊接材料具有重要的指导意义，对其它异质金属连接也有借鉴作用。

镁合金与铝合金的连接是当今轻金属连接领域的热点课题，也是难点课题。.因为连接过程中镁铝基体直接接触，在Mg/Al异种金属焊接接头的结合区均会存在硬脆的Mg-Al系金属间化合物相，降低了接头的力学性能。本项目使用Zn-xAl 中间层进行镁/铝合金钎焊，将中间层中韧性第二相颗粒原位引入镁、铝接触反应钎焊接头中，并与接头中金属间化合物形成复相组织，对金属间化合物脆性相产生强韧化效果，大大削弱了其有害作用。根据项目研究计划，完成了以下工作：. (1)采用热浸镀工艺在铝基体表面制备了Zn-xAl（x=2,3,4,5,6,7,8wt.%）中间层，使原始中间层中的α铝基固溶体颗粒相尺寸及分布状态满足后续对韧性相强韧化接头机理研究的要求。. (2)进行以连接温度、保温时间、加热速度为主要参变量的镁合金/Zn-xAl/铝合金接触反应钎焊工艺实验、并进行接头力学性能测试和微观组织分析；通过工艺优化，确定使用共晶成分Zn-5Al中间层时，接头剪切强度最高，为105.6MPa。. (3) 采用分阶段法对AZ31/Zn-xAl/6061接头形成过程进行理论计算分析，建立了中间层中韧性第二相颗粒在接头连接过程中演化行为物理模型。. (4)共晶成分Zn-5Al中间层在合适的工艺条件下保证接头中Al基颗粒相弥散分布在MgZn2层内，接头力学性能达到最优，实验发现：与基体脆性相尺寸相近的韧性颗粒相对接头具有很好的强韧化作用，并在镁合金/Zn-xAl/钢接触反应钎焊接头中得到验证。. (5)与电子束等非常规加热手段极端冷速下所获得的非平衡凝固组织不同，经热浸镀获得的镀层，其中的富铝相不稳定，容易分解成纳米级的铝、锌两相共析组织，接头中铝基固溶颗粒相的共析分解更加提升了富铝韧性相对MgZn2的强韧化效果，不同成分的Zn-xAl中间层接头剪切强度平均提高约10MPa。. 在完成本课题的过程中，已表学术论文3篇，其中2篇SCI检索，1篇核心期刊；已接收会议论文1篇，EI、ISTP收录；申请发明专利2项。参加国内外学术交流及学术会议4人次，全国性会议分组报告1次。项目执行过程中培养研究生4名，毕业1名。