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用于透射電鏡表征的取樣位置示意圖

鋁合金與鎂合金在輕量化運(yùn)載器具制造中的混合應(yīng)用，既能充分利用這兩種輕質(zhì)材料各自的優(yōu)點(diǎn)，又能滿足經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展對節(jié)能減排越來越嚴(yán)格的要求。由于鋁合金和鎂合金的晶體結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性能存在很大的差異，實現(xiàn)鋁/鎂異質(zhì)合金高質(zhì)量焊接是一個挑戰(zhàn)。武傳松教授課題組研發(fā)了超聲振動強(qiáng)化攪拌摩擦焊接新工藝（UVeFSW），實現(xiàn)了鋁合金和鎂合金的高質(zhì)量固相連接。利用“急?！?液氮冷卻技術(shù)獲得了匙孔周圍的試樣；對結(jié)合界面材料在圍繞攪拌針?biāo)苄粤鲃舆^程中Al/Mg結(jié)合界面的微觀結(jié)構(gòu)和金屬間化合物（IMCs）的演變過程進(jìn)行了深入的表征和分析，探討了超聲振動在整個過程中的作用機(jī)理。

UVeFSW接頭結(jié)合界面位置D3的透射電鏡和能譜檢測結(jié)果

研究結(jié)果表明，鋁/鎂異質(zhì)合金攪拌摩擦焊接過程中，Al/Mg材料發(fā)生機(jī)械鎖合，并在界面或其附近形成細(xì)小的條帶。這些條帶與周圍的基體反應(yīng)形成IMCs并實現(xiàn)冶金結(jié)合。在界面材料在后退側(cè)圍繞攪拌針?biāo)苄粤鲃舆^程中，Al/Mg界面為復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)（IMC+Mg+IMC+Al）。當(dāng)材料在攪拌頭后方沉積之后，界面變?yōu)榫哂袃蓚€亞層（β+γ）的IMCs層，其厚度約為（220+170）nm。施加超聲振動時，上述多層界面結(jié)構(gòu)僅出現(xiàn)在材料圍繞攪拌針流動的中間階段；當(dāng)材料在攪拌針后側(cè)開始沉積時，兩個亞層（β+γ）的IMCs厚度約為（125+155）nm。這表明在材料開始沉積的位置，超聲振動對IMCs生成和長大發(fā)揮了抑制作用。結(jié)合超聲振動對焊核區(qū)晶粒組織演變、鋁合金基體中沉淀相的演變和位錯密度的影響，揭示了超聲振動抑制IMCs長大的機(jī)理。研究結(jié)果為優(yōu)化鋁/鎂異質(zhì)合金UVeFSW工藝參數(shù)和實現(xiàn)接頭組織與性能的調(diào)控提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

JMST是中科院分區(qū)的一區(qū)TOP期刊，在全球79種冶金科學(xué)與工程SCI收錄期刊中排名第二，影響因子10.319。JMST編輯部公布的稿件總體錄用率僅為7%。

本項研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項目的資助。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030222007058

參考資料：https://www.view.sdu.edu.cn/info/1021/171617.htm