摘要
钢、铝异种金属连接可以兼顾两种金属的优点，在汽车制造领域中具有广泛的应用前景。然而，由于钢、铝异种金属焊后易出现大量脆性的Fe-Al金属间化合物，降低了接头性能，制约了其发展和应用。提升钢、铝结构的强度和长期可靠性，要从界面金属间化合物的研究入手。目前，钢铝焊接界面的组织调控和Fe-Al金属间化合物性能的研究成为相关领域的热点。 本文针对钢铝焊接领域存在的问题和困难，进行了系统的研究工作。在316L不锈钢和6061铝合金板上进行了T型接头激光焊接实验，发现在激光功率800W，入射光束角θ=20°的焊接工艺条件下，接头形貌较好。通过光学显微镜，扫描电子显微镜(SEM)，能量色散谱(EDS)，X射线衍射(XRD)和纳米压痕分析了焊接接头的微观结构，反应相，断裂形貌和力学性能。根据XRD和EDS分析，接头中形成了Fe3Al，FeAl，Fe2Al5，FeAl2，FeAl3和Fe4Al13。为了分析Fe-Al金属间化合物的性能及其对钢铝焊接接头的影响，采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法系统地计算了Fe-Al金属间化合物的平衡晶格常数，热力学性能、力学性能和电子性能。结果表明，Fe3Al和FeAl2表现出塑性特征；FeAl，Fe2Al5，FeAl3和Fe4Al13表现出脆性。在费米能级附近，Fe的3d电子层与Al的p电子层共同起作用。Fe-Al金属间化合物的离子性较弱，硬度较高，熔点较高，具有典型的金属性。使用边对边的晶体匹配模型计算了每个反应相界面处的失配率。建立了钢铝界面模型，采用Griffith微裂纹理论计算了界面体系的断裂功，以评估各个界面的结合强度。实验和计算结果相互验证，研究了Fe-Al金属间化合物的性能及其对钢铝界面的影响。
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