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铝/镀锌钢板熔钎焊接头金属间化合物形成机理的研究
何翠翠1
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摘要
本文从铝/钢界面反应的热力学与原子扩散动力学方面来研究铝/钢异种金属界面区金属间化合物相的形成机理，不但可以丰富铝/钢异种金属焊缝的形成理论，而且为促进熔钎焊在其他异种材料连接中的应用起到积极的借鉴作用。 首先，论文采用亚点阵模型，建立了铝/镀锌钢板脉冲旁路耦合电弧熔钎焊焊接界面处Fe-Al-Zn三元化合物相Fe2Al5Znx的热力学计算模型，研究在脉冲旁路耦合电弧热循环曲线下，Fe2Al5Znx相形成的可能性以及所形成的化合物相的成分，并通过试验验证所建立模型的合理性。结果表明:三元化合物相Fe2Al5Znx在铝/镀锌钢板焊接界面处可以生成，并且该化合物最终以Fe2Al5Zn0.4的形式稳定存在;该计算结果与铝/镀锌钢板脉冲旁路耦合电弧熔钎焊接头的XRD分析结果一致，表明采用亚点阵模型建立的热力学计算模型能够正确反映铝/钢界面反应生成化合物的可能性以及所生成化合物的种类。 其次，采用亚正规溶体模型，建立了铝/镀锌钢板脉冲旁路耦合电弧熔钎焊焊接界面处Fe-Al金属间化合物以及Fe-Al-Zn三元化合物相Fe2Al5Zn0.4的热力学计算模型，研究在脉冲旁路耦合电弧温度下，铝/钢界面各金属间化合物相形成的可能性。计算结果表明:在脉冲旁路耦合电弧温度下，铝/镀锌钢板焊接界面处可以形成Fe2Al5、FeAl3、Fe2Al5Zn0.4三种化合物相，并且形成Fe2Al5的Gibbs自由能最低，形成FeAl3的Gibbs自由能次之，形成Fe2Al5Zn0.4的Gibbs自由能最高，由此可以推断在铝/镀锌钢板焊接过程中，在铝/钢界面处最先形成了Fe2Al5相，而FeAl3相是在冷却过程中，Fe2Al5与多余的Al原子结合形成的;Fe2Al5Zn0.4则是Fe2Al5层在镀锌钢板的界面处与Zn原子结合而形成的。 最后，利用本课题组已有的温度场计算结果，结合铝/钢界面原子扩散动力学模型，建立了焊接参数与铝/钢界面处金属间化合物层厚度之间的计算模型，研究不同焊接参数下铝/钢界面处金属间化合物层的生长情况，并且分别对不同焊接参数下的铝/钢异种金属焊接界面金属间化合物层厚度的计算模型进行了试验验证。结果表明:在脉冲平均总电流不变的情况下，随着旁路脉冲平均电流的增加，液态Al原子的扩散系数随之减小，金属间化合物层的厚度也随着旁路脉冲平均电流的增加而减小，并且在扩散初期金属间化合物层厚度的增加率最大，而随着金属间化合物层厚度的增加其厚度增加率减小。实验结果表明，金属间化合物层厚度随焊接参数的变化趋势结果与计算结果是一致的，在数值上计算结果基本处于试验测量结果的分布范围之内。
关键词
脉冲旁路耦合电弧焊/异种金属焊接/吉布斯自由能/铝/镀锌钢板/熔钎焊接头/金属间化合物/形成机理引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
材料加工工程导师
石玗/黄健康学位年度
2013学位授予单位
兰州理工大学语种
中文中图分类号
TG