6061铝合金/铜搅拌摩擦焊接头组织研究汪伟栋

6061铝合金/铜搅拌摩擦焊接头组织研究汪伟栋

汪伟栋

（江西省南昌大学江西省南昌市330100）

摘要：本文对6061铝合金及T2紫铜搅拌摩擦焊接头的微观组织及性能进行了研究。在6061铝合金及T2紫铜的焊接中，机械混合区主要由CuAl2、CuAl、Cu9Al4等几种金属化合物和少量的α-Al和少量的铝和铜的饱和固溶液组成。在接头中的相都可以从Al-Cu平衡相图中得到结果，同时推断出在液体状态下达到完全的相平衡，但这在凝固的过程中没有。α-Al、CuAl2和CuAl以及α-Al/CuAl2的共熔合金的初生树枝晶都是在凝固过程中形成。

关键词：搅拌摩擦焊；异种金属；组织

前言

在航空、运输和电子等行业的许多新型应用中，通过不同的连接方法特别是搅拌摩擦焊接，去连接异质材料。在6061铝合金和T2紫铜焊接中，实现无缺陷的摩擦搅拌焊是相当困难的。有自身的优点，例如焊后没有气孔，残余应力小。综合起来搅拌摩擦焊是一种焊接异质材料较为不错的方法。

在本文中，对6061铝合金和T2紫铜的搅拌摩擦焊接的连接方式展开可行性研究，分析了接头的显微组织。

一、实验方法

实验材料为厚度为2mm的6061铝合金板和T2紫铜板，同时搅拌针直径大约为12mm。大量的6061铝合金和铜的搅拌摩擦焊接实验揭示了最优参数：搅拌针旋转速度和焊接速度分别为151-1400rpm和57-330毫米/分钟。

用标准的金相程序制备出切片样品。这些样品是用一种凯勒的试剂(150ml蒸馏水,3ml硝酸，6ml盐酸，6ml氢氟酸)侵蚀6061铝合金面。用100毫升水、4毫升饱和氯化钠、2克重铬酸钾和5ml硫酸等溶液蚀刻铜面。Vickers微硬度测量是在200g负载和15s的停留时间上，在焊缝的横截面和纵向部分进行测量的。从焊缝中心线用X射线衍射(XRD)相分析，同时采用40kv工作电压的XRD系统对不同的6061铝合金/铜焊点的相结构进行了研究。

图1焊接接头的微观结构图2

二、实验结果与分析

焊接接头的相分析

图1展示了焊缝中心线位置处的6061铝合金和铜焊缝的X光衍射图。结果表明6061铝合金和铜的焊缝主要包括CuAl2,CuAl和Cu9Al4金属间化合物和α-Al.据图1所示，在铜边附近检测到单相铜。铜、α-Al和金属间化合物的峰值变化证实了在焊缝中铜和6061铝合金颗粒的复杂混合。

图2显示了每分钟914转转速和95毫米/分钟的焊接速度下，6061铝合金/铜焊接接头的纵向截面。

图2a揭示了低倍镜下的形态，图2b显示了接头上层的微观结构。图2c和d揭示了α-Al的初生树晶和α-Al和CuAl2的共晶。

从图2b-d，可以看出，焊缝的上层主要包含了CuAl2颗粒、α-Al的初生树晶和α-Al和CuAl2的共晶组成，上层的CuAl2颗粒大小为30–80μm，α-Al和CuAl2的共晶小于1μm，α-Al的初生树晶表现出一种花状或颗粒状的形状。在中间层，CuAl2更清晰地显示出定向生长的特征。在晶界区域没有找到α-Al的主树突或α-Al和CuAl2的共晶。EDS结果显示出颗粒铜的含量为32.4%，铝的含量67.6%，

结论

(1).由于焊接块中所形成的金属间化合物的脆性，使得6061铝合金和铜的直接熔合很难。建议使用一种夹层来产生良好的焊接质量

(2).由XRD结果和微结构观察得出，在6061铝合金和铜的焊接接头中，铝和铜的混合层中包括脆性的金属间化合物，例如CuAl2、CuAl、Cu9Al4以及少量的α-Al。这是搅拌铝合金导致的软化，促进了混合层的金属间化合物的形成。

(3).Al-Cu二元相图的分析可以理解金属间化合物的形成。然而，应该记住的是，这个数字代表一个平衡相图，因此，不足以代表在搅拌摩擦焊期间发生的一些快速的热变化。在焊缝中心线的纵向部分，由于熔点较低，以及在搅拌摩擦焊中所描述的强力作用，CuAl2阶段主要集中于焊缝的纵向部分。

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作者简介

汪伟栋（1995-01-22），男，汉族，籍贯：江西省南昌市，学历：本科。