铝-铜异种材料搅拌摩擦焊研究(2)
5 试验总结与改进 31
5.1 过程总结 31
5.2 方法改进 32
结 论 33
致 谢 34
参考文献 35
1 绪论
1．1 课题研究背景
在现代工业中铜及其合金以其自身良好的导电性、导热性、易加工以及耐腐蚀等诸多特性而被广泛应用到电气、电子、化工、动力以及交通等各个领域，并在某些情况下有着不可替代的作用，但铜属于稀缺资源和战略资源，在地球上的储量有限，加之铜的消耗量也在逐年增大，使得铜资源变的更加匮乏。因此，寻找铜的替代金属就变的尤为重要[1]。而铝合金具有低密度、高强度、耐腐蚀，导电率和导热率好并且易于切削加工等优点而被广泛应用到国民经济建设以及国防建设中，其用量仅次于钢，成为第二大金属材料。无论是从价格还是从性能方面考虑，铝合金都是替代铜的最佳金属，并且由于铝的密度小，可以在很大的程度上减轻铜构件的质量。由于铜的某些自身的特有性能，使得铝不可能完全替代铜[2]。因此，从实际应用的角度来考虑，采用铝/铜复合接头是一种行之有效的办法，这样不但可以利用铝/铜各自优点，还可以降低生产成本增加产值。所以对于铝/ 铜连接的研究具有十分广阔的前景和深远的意义。
伴随着技术的不断进步，异种材料连接接头也在诸多行业中得到了广泛的应用，特别是在电力以及航天工业等领域[3]。通过尝试不同的方法对铝/铜异种材料实现连接，虽然取得了一定的成效，但是由于异种金属自身的物理和化学性能之间存在很大差异，使得异种材料的焊接仍然存在诸多问题。采用传统熔焊的方法对异种材料进行焊接存在很大缺陷，因此，异种材料的焊接多采用固相焊的方式，其中包括扩散焊、惯性摩擦焊的方式。但扩散焊效率低而且成本高，不适用于大规模的工业生产，惯性摩擦焊只适用于回转件的焊接，而不能实现板件的焊接，因此其应用范围受到了极大限制。搅拌摩擦焊的出现就成功的克服了传统固相焊所存在的不足，搅拌摩擦焊效率高、加工成本低、并且能够实现板件以及其他复杂构件的焊接[4]。采用搅拌摩擦焊的方式来焊接铝/铜异种金属材料不但能够大大提高工作效率，而且能够克服传统惯性焊只能焊接回转件的不足，能够应用到板件极易一些复杂构件上，使得应用范围大大提高。因此对于铝/铜异种材料搅拌摩擦焊的研究不但拥有非常广阔的前景，而且具有极其深远的意义。
1. 2 铝/铜异种材料连接存在的问题以及研究现状
1.2.1 铝/铜异种材料连接存在的问题
异种材料因其化学成分、物理性能等方面存在较大差异，使得其的连接方面相对于同种材料而言更加复杂。异种材料连接除考虑其本身的固有属性和相互作用之外，还要结合焊接方法进行判定，从而选择合适的焊接方法，制定焊接工艺[5]。而在铝/铜连接过程中常存在以下困难：
（1）高温下铝极易氧化。
铝/铜熔点相差400℃左右，因此焊接时很难同时熔化且在高温下铝极易与氧产生强烈的氧化反应，生成氧化物，使得铝/铜难以熔合。因此，焊接过程中要防止氧化物的生成，以便提高接头质量。
（2）容易生成铝/铜的金属间化合物。
从铝-铜二元相图可知，铝/铜之间的固溶有限，但是能够生成多种金属间化合物，其中包括AlCu2、AlCu、Al2Cu3、Al2Cu等不同种类的金属间化合物。金属间化合物脆性大、硬度高，如果焊缝中金属件化合物生成量过多，会使接头性能下降[6]。因此，金属间化合物的生成是异种金属连接需要解决的一个主要问题。