Cu-Al异种金属金属搅拌摩擦焊研究现状

铝/铜异种金属材料的搅拌摩擦焊,主要存在的问题[12]一方面是金属易粘连在搅拌头,另一方面是接头易出现脆性的金属间化合物,此该类化合物会一定程度影响接头的性能。


在国内,本就鲜有学者对异种金属材料搅拌摩擦焊进行研究,对铝/铜异种金属材料的FSW研究更是少之又少。就目前所能查阅到的相关的文献有报道:铝/铜异种金属材料的搅拌摩擦焊,主要存在的问题[12]一方面是金属易粘连在搅拌头,另一方面是接头易出现脆性的金属间化合物,此该类化合物会一定程度影响接头的性能。

清华大学的刘鹏[13]等人,通过对接头的 XRD 物相分析和显微组织的分析,证实了当采用950rpm的旋转速度以及150mm/min的焊接速度进行焊接时,在焊缝中未发现有铜铝间化合物产生。

南昌航空大学的柯黎明[14]等人,针对工业纯铜 T1和铝合金 LF6 的搅拌摩擦焊接工艺及其组织和性能的研究。结论表明,P/V的大小会直接影响接头组织的致密性以及性能,合理的焊接工艺参数会获得性能较为优良的铜铝接头,对薄板进行焊接时,如果要获得优良的焊缝,相应的参数范围较宽。焊接时接头内部的塑性金属材料进行快速而剧烈的流动,并生成了一定量的铜铝间脆性化合物,导致焊缝局部硬度增大。

兰州理工大学的王希靖[15]等人在进行搅拌摩擦焊时,把铝合金板材放在前进侧(AS),把铜板放于返回侧(RS),实现了铜铝异种金属的连接,分析接头的金相微观组织得知,接头中铜铝材料相互混合并在结合区出现一定量的脆性铜铝间化合物 (如Al2Cu3、AlCu、Al4Cu9、Al2Cu等) 。                                                                                      

严铿[16]等人对T2紫铜和4mm厚5A05铝合金进行搅拌摩擦焊试验。研究发现,转速1100rpm,焊速60-180mm/min时,焊核区出现薄层结构且出现明显塑性流线,塑性区和焊核区晶粒发生动态再结晶。

Abdollah-Zadeh[17]等人对铜铝进行FSW搭接试验,通过对分析金相照片发现黑色区域中的金属间化合物(如Al2Cu3、AlCu、Al2Cu)在拉伸试验中会成为裂纹的起源和增生区,而选用高转速的焊接工艺参数可以减少甚至避免此类化合物的生成。

A Elerfaey[18]等对厚度为2mm的Al100H24纯铝板材与1mm厚的纯铜(铜含量为99.96%)进行FSW搭接实验,通过分析接头的性能和微观组织,发现在铜铝板中间加入衅夹层之后,接头的性能较不加锌夹层的铜铝搭接接头大为改善,在Al层中再发现有纯铜碎晶粒。经力学性能测试,接头断口远离Al/Zn/Cu层,而靠近铜基板。