基于铜中间层的铝镁异种金属真空扩散焊(5)
图3.1棒材对接接头图3.2模具尺寸图
将表面处理干净的试样、铜箔与模具装配好，如图3.3所示，确保两表面紧密接触，放入真空加热炉中，将炉内抽成真空。加热前进行预压，到达所设温度后进行保温，保温结束文持真空，试样随炉冷却到室温取出。试样加热冷却曲线如图3.3所示。
图3.2 试样与模具装配简图
(a)Mg/Al直接扩散焊 (b)铜中间层Mg/Al扩散焊
图3.3 实验温度控制过程
3.2 焊接工艺试验参数设计
大多数金属的自扩散激活能大体有如下关系：Q≈0.144Tm，铝和镁的熔点相当，铜的熔点远远高于铝和镁的熔点，因此铜的自扩散激活能将远大于铝和镁的自扩散激活能；420℃已经达到0.6倍左右的铝和镁的熔点，但只有0.4倍的铜的熔点；可以推断：在420℃扩散温度下大量的铝和镁被激活，铝镁直接扩散焊可以进行，而铜作为中间层的接头却应为没有达到铜的自由扩散能很少扩散，可将温度调至稍低于铝合金和镁合金熔点，即550℃左右。
本实验焊接主要工艺参数有加热温度、保温时间和加压压力。根据镁铝二元相图及相关文献参考，设计无中间铜层时的试验参数如表3.1所示，有铜中间层试验参数如表3.2所示（真空度为1*10-3MPa）。
表3.1无中间铜层时试验参数表
试验参数
试验号 加热温度/℃ 保温时间/min 压力/MPa
1 420 30 140
2 430 30 140
3 440 30 140
4 450 30 140
5 460 30 140
6 470 30 140
7 480 30 140
8 490 30 140
表3.2 有铜中间层试验参数表
试验参数
试验号 加热温度℃ 保温时间min 压力MPa
1 510 30 10
2 520 30 10
3 530 30 10
4 540 30 10
5 550 30 10
4 镁铝直接真空扩散焊接头组织性能分析
4.1 接头微观组织分析
由Arrhenius公式可知，焊接温度是扩散焊最重要的工艺参数，因此，本工作重点研究了440℃、460℃、以及480℃不同保温温度对焊接接头组织的影响。图4.1所示为不同连接温度下接头的微观组织。图4.1（a）为440℃接头金相组织，可以看出，焊缝结合良好，结合面平直，无夹杂、气孔和未焊合等缺陷。焊缝区均呈典型的两层层状分布，靠近铝合金侧A层厚度约15μm，靠近镁合金侧B层厚度约5μm。图4.1（b）为460℃接头金相组织，随保温温度的提高，元素扩散能力急剧提高，母材及各反应层之间元素互扩散及反应随之加剧，导致A、B层厚度显著增加，B层延镁合金侧方向不规则生长，同时出现C层，该层为明显的共晶组织。图4.1（c）为480℃接头金相组织，随着温度的升高，A层厚度继续增加， B层逐渐转变为向C层方向生长的不规则的柱状晶组织，同时C反应层厚度急剧增加，由于保温温度的升高原子相互扩散更加均匀、充分，共晶组织相对均匀。
4.1 不同焊接温度下接头金相组织: (a) 440℃, (b) 460℃, (c) 480℃
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