纳米TiC颗粒增强铝基复合材料应用于铝合金熔焊的研究

来源 :桂林理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dengliguo1971
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铝合金作为理想的轻质材料,拥有较高的比强度,优异的塑性和腐蚀抗性等优势。而焊接作为有效的连接技术,一直都是铝合金广泛应用于结构装配的关键之一。为了提高焊接系数,同时避免焊接裂纹的产生,铝基纳米复合材料焊丝近年来获得了极大的关注。因此,论文围绕铝基纳米复合材料焊丝的制备和焊接性能开展研究。以半固态搅拌铸造辅助超声处理工艺制备了不同质量分数的TiCp/Al-5Mg-1Zn复合材料,轧制成焊丝后应用于7075-T651和5083-H116铝合金的钨极惰性气体保护焊(TIG),同时也讨论了两者的异质焊接。通过X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜、电子背散射衍射仪等表征手段和力学性能、腐蚀性能测试,分析焊丝中的纳米TiC颗粒对焊接接头微观组织、力学性能和腐蚀性能的影响,研究结果如下:(1)由于TiC和铝皆为面心立方结构且晶格常数相近,纳米TiC颗粒与Al基体结合良好。一部分颗粒成为α-Al异质形核的核心,而大部分颗粒分散在晶界处,阻碍初生α-Al晶粒长大,导致晶粒细化。(2)复合材料经多道次轧制加工成焊丝,应用于7075板材的焊接。未添加TiC的Al-5Mg-1Zn和商业ER5183焊丝对应的焊接接头强度和抗腐蚀性能较低。主要是由焊缝区粗大的晶粒和晶界处连续析出的T(Al Zn Mg Cu)相导致。而TiC颗粒增强铝基复合材料焊丝对应焊接接头显示出细小的等轴晶组织,同时粗大连续的第二相转变为短棒状或者球状。由于热错配强化、Orowan强化、细晶强化和载荷传递等机制,接头的力学性能得到明显改善。而腐蚀性能的提高则主要是由于改性的第二相和细小的晶粒,导致腐蚀通道减少,腐蚀路径变长。(3)TiCp/Al-5Mg-1Zn作为5083板材的熔焊填充材料,其综合性能显著提升。尤其是焊接接头的平均晶粒尺寸减小到62μm,抗拉强度达到了274 MPa,为母材强度的83%,比Al-5Mg-1Zn对应的接头强度高了21.2%。此外,在应力腐蚀测试中,复合材料焊丝对应接头的抗拉强度及失效时间分别为366 MPa和59.7h,提高了28.9%和57.1%。对应的极化曲线的测试中,腐蚀电流和腐蚀速率也有明显的下降。(4)对于5083+7075这一体系的异质焊接,纳米TiC颗粒显示出类似的作用。随着TiC的添加,焊接接头出现了更细小的微观结构。使用3wt%TiCp/Al-5Mg-1Zn焊丝的焊接接头,其抗拉强度和伸长率达到275 MPa和18.7%,而未添加TiC的接头抗拉强度仅有192 MPa。同时,接头对电化学腐蚀、晶间腐蚀和剥落腐蚀的抗性都有所改善。这为各种异质合金的连接问题提供了一个新的可能。
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