镁铝双金属连接及界面微观结构

镁铝双金属连接及界面微观结构

面对日益严峻的环境污染以及能源危机,汽车的轻量化越来越重要,而轻质的镁、铝合金成为实现汽车轻量化,达到节能环保目标的首选材料。固-液复合铸造的方式是制造形状复杂的汽车气缸体的一种非常简单有效的手段。

本课题是以镁合金AZ91D和铝合金ZL105为基本材料,实验前在铝合金基体上采用基本预处理、化学浸锌、电镀锌以及热浸锡等四种处理方法,并设计浇注温度、保温温度、保温时间等铸造参数,通过固-液复合铸造的方法使镁、铝合金连接起来。铸造实验完毕后通过金相观察、扫描能谱分析、显微硬度分析以及

XRD物相分析,详细地了解连接界面的组织构成及分布,通过数据分析探究界面

行为和镁铝双金属连接的机理。

结果表明:在一定的温度和时间下保温,镁铝双金属可以通过在铝基体上进

行基本预处理、化学浸锌、电镀锌以及热浸锡等方法以固-液复合铸造的方式连接起来。镁铝合金之间主要是通过扩散、反应相变两种机制互相结合而连接起来的。

扫描、能谱以及XRD物相数据分析表明:对于保温30min的试样,保温30min 基本预处理试样从AZ91D镁合金至ZL105铝合金之间的界面组织过渡区可分为3个小的扩散过渡区,其主要组织为:δ-Mg固溶体+Mg17Al12相→Mg17Al12相

+Mg2Al3相+Mg2Si相→Mg2Al3相+Mg2Si相+α-Al固溶体;而保温30min化学浸锌与电镀锌试样的过渡区组织却有着很大的差别,其含有保温30min基本预处理试样中不具有的β-Zn固溶体,而保温30min基本预处理试样却含有保温30min 化学浸锌和电镀锌试样中不具有的Mg2Al3相及Mg2Si相,这表明化学浸镀或者电镀的Zn层限制了 Al元素及Si元素的扩散。此外,在扩散层厚度方面:基本预处

理试样的2mm>化学浸锌试样的 1.5mm>电镀锌试样的400μm。

对于基本预处理、化学浸锌、电镀锌三种保温60min试样,其连接界面具有与保温30min基本预处理试样相似的组织构成与分布,其过渡区组织同样为:δ-Mg 固溶体+Mg17Al12 相→Mg17Al12 相+Mg2Al3 相+Mg2Si 相→Mg2Al3相

+Mg2Si相+α-Al固溶体,而且三种60min保温试样的过渡区厚度都在4mm左右。这表明长达60min的扩散时间使得Zn层完全消失从而不具备限制A1元素扩散的作用。

保温30min与保温60min热浸锡试样的连接界面具有相似的组织构成与分布,其过渡区组织存在着大量的Mg2Sn相,在Mg2Sn相之间分布一些δ-Mg固溶体和Mg17Al12相,在靠近铝侧基体附近还形成了β-Sn固溶体。显微硬度的数据分析

表明:试样界面处的硬度明显高于基体组织的硬度,这是由于扩散层大部分由硬

脆的Mg17Al12、Mg2Al3以及Mg2Sn金属间化合物组成。

本课题通过化学浸锌、电镀锌以及热浸锡等镀覆的金属层来控制镁铝金属间

化合物的厚度,最终制备出性能可靠、易成形的Mg/Al双金属材料,为实现Mg/Al 双金属工业化提供技术支持,创造出更大的经济效益与社会效益。