用于透射电镜表征的取样位置示意图

铝合金与镁合金在轻量化运载器具制造中的混合应用，既能充分利用这两种轻质材料各自的优点，又能满足经济社会发展对节能减排越来越严格的要求。由于铝合金和镁合金的晶体结构和物理化学性能存在很大的差异，实现铝/镁异质合金高质量焊接是一个挑战。武传松教授课题组研发了超声振动强化搅拌摩擦焊接新工艺（UVeFSW），实现了铝合金和镁合金的高质量固相连接。利用“急停”+液氮冷却技术获得了匙孔周围的试样；对结合界面材料在围绕搅拌针塑性流动过程中Al/Mg结合界面的微观结构和金属间化合物（IMCs）的演变过程进行了深入的表征和分析，探讨了超声振动在整个过程中的作用机理。

UVeFSW接头结合界面位置D3的透射电镜和能谱检测结果

研究结果表明，铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接过程中，Al/Mg材料发生机械锁合，并在界面或其附近形成细小的条带。这些条带与周围的基体反应形成IMCs并实现冶金结合。在界面材料在后退侧围绕搅拌针塑性流动过程中，Al/Mg界面为复杂的多层结构（IMC+Mg+IMC+Al）。当材料在搅拌头后方沉积之后，界面变为具有两个亚层（β+γ）的IMCs层，其厚度约为（220+170）nm。施加超声振动时，上述多层界面结构仅出现在材料围绕搅拌针流动的中间阶段；当材料在搅拌针后侧开始沉积时，两个亚层（β+γ）的IMCs厚度约为（125+155）nm。这表明在材料开始沉积的位置，超声振动对IMCs生成和长大发挥了抑制作用。结合超声振动对焊核区晶粒组织演变、铝合金基体中沉淀相的演变和位错密度的影响，揭示了超声振动抑制IMCs长大的机理。研究结果为优化铝/镁异质合金UVeFSW工艺参数和实现接头组织与性能的调控提供了理论依据与技术支撑。

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本项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030222007058

参考资料：https://www.view.sdu.edu.cn/info/1021/171617.htm