不锈钢-铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接

D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2006.02.032 第28卷第2期 北京科技大学学报 Vol.28 No.2 2006年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feb.2006 不锈钢-铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 李红韩静涛 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要讨论了异种金属连接的中间层介质选择原则，选择了适合连接不锈钢和铝的中间层介 质，并进行了钢板和铝蜂窝芯板的液相扩散连接实验.通过分析结合界面结构和测试界面强度，研 究了中间层介质的作用，同时讨论了工艺参数对结合界面区组织和扩散连接过程的影响。结果表 明，中间层介质具有良好的润湿和铺展性能，能使不锈钢和铝形成牢固的冶金结合， 关键词钢基铝蜂窝夹芯复合板；中间层介质；液相扩散连接；界面；冶金结合 分类号TG335 目前，层状金属复合板材的生产，广泛采用的 界面上产生液相，液相和母材发生熔解和互扩散 是铸造复合、爆炸复合、轧制复合、粘接复合等方 后，冷却凝固形成均匀的结合界面，与固相扩散 法1-3]也有研究者对电磁熔铸复合、摩擦焊接、 连接相比，液相扩散连接过程中液体金属原子的 表面活化连接等新型连接方法制造金属复合板进 运动较为自由，易于在母材表面原子产生的势能 行了理论和实验探索[46]，对于具有蜂窝夹芯结 场中形成稳定的原子排列而凝固，使母材界面的 构的金属复合板的制造，若采用熔铸复合、爆炸复 紧密接触变得相当容易，对连接温度、连接压力及 合、大压下轧制复合等方法则会破坏蜂窝夹芯结 材料的表面粗糙度没有苛刻要求.目前该工艺已 构；采用摩擦焊接和真空表面活化连接则需要精 被应用于陶瓷、金属间化合物、复合材料等多种材 密的设备，投资大，且对材料表面质量要求严格， 料的连接中)] 难以大批量、高效率生产；采用有机溶剂粘接法连 通过加入中间层介质进行钢板和铝蜂窝芯材 接界面属于化学键结合，易老化失效，往往影响后 的液相扩散连接，可以在钢铝结合界面间形成冶 续金属成形及使用 金结合，并且不会破坏蜂窝夹芯的形状和性能. 不锈钢具有很高的强度和耐腐蚀性能，铝蜂 关于这方面的研究还比较少[1o].本文讨论了异 窝芯具有低密度、高比强度的性能.不锈钢与铝 种金属连接中间层介质的选择原则；并根据这一 蜂窝芯复合的蜂窝夹芯板能够有效结合钢和铝的 原则，设计了最适合钢铝进行液相扩散连接的中 优异性能，具有轻质、减振、强度和刚度较好、导电 间层介质成分；对不锈钢-铝合金结合界面进行 导热性能良好等特点，实用价值很高.但钢和铝 了微观组织观察、成分分析和界面结合强度测试， 的物理化学性能如熔点、导热系数和线膨胀系数 讨论了中间层介质在钢铝扩散连接过程中的 相差很大，难以加热均匀，直接连接容易造成较大 作用 的残余应力，增加了裂纹产生的趋势.关于单层 或多层钢铝复合板的大压下轧制复合和液固相热 1实验方法 轧复合工艺已有大量的文献报道[78】.为了保证 实验用材料基板采用304奥氏体不锈钢板， 蜂窝夹芯的形状不被破坏，基板和芯材的组织结 尺寸为100mm×200mm×1mm,蜂窝芯材用100 构和力学性能不发生变化，需要采用新型的复合 mm×200mm×2mm的3003防锈铝板，在铝板 方法，加入中间层介质的液相扩散连接是在母材 上通过钻孔和线切割方法加工六边形蜂赛孔，蜂 间放置薄中间层介质（通常为几微米至几十微 窝壁厚2mm,减轻重量63.88%.中间层介质主 米)，通过一定温度下的冶金反应（如共晶反应）在 要由颗粒度小于70um,纯度99%的雾化粉末组 收稿日期：2004-1221体回日期：2005-03-29 成，采用NETZSCH STA409C高温差热分析仪 基金项目：国家高技术“863”项目(No.2002AA334070) 测定其熔点.复合时中间层介质调成膏状均匀刷 作者简介：李红(1977一)，女，博士研究生：韩静涛(1957一)，男， 涂在经化学和机械处理后的不锈钢和铝蜂窝板的 教授，博士生导师

第 2 8卷 第 2 期 2 0 0 6年 2 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o unr a l o f U n 锐i sr ity o f Sc el n e e a n d Te c h no 例l 罗 B e劝 in g V o l 。 2 8 N o 。 2 F e b 。 2 0 0 6 不锈钢一 铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 李 红 韩 静 涛 北京科技大学材料科学与工程学院 , 北京 10 0 0 83 摘 要 讨 论了异种金属连 接的 中间层介质 选择原则 , 选择 了适合连 接不锈钢 和铝 的中 间层介 质 , 并进行 了钢板和铝蜂窝芯板 的液相扩散连接实验 . 通过分析结合界面结构和测试界面强度 , 研 究了中间层介质的作用 , 同时讨论 了工艺参数对结合 界面区 组织和扩散连接过 程的影响 . 结果表 明 , 中间层介质具有 良好的润湿和铺展性能 , 能使不锈钢和铝形成牢固的冶金结合 . 关健词 钢基铝蜂窝夹芯复合板 ; 中间层介质 ; 液相扩散连接 ; 界面 ; 冶金结合 分类号 T G 3 3 5 目前 , 层 状金属 复合板 材的生 产 , 广泛 采用 的 是 铸造 复合 、 爆炸复合 、 轧制复合 、 粘 接复合等方 法 I ’ 一 3〕 . 也有 研 究者对 电磁熔 铸复 合 、 摩擦焊 接 、 表 面活化连接等新型 连接方 法制造金属 复合板进 行了理论和 实验探 索〔4引 . 对 于具 有蜂 窝夹 芯结 构 的金属复 合板的制造 , 若采用熔 铸复合 、 爆炸复 合 、 大压下轧 制复 合等方 法 则会 破 坏蜂窝夹 芯结 构 ; 采用摩擦 焊接和 真空 表 面 活化 连接则 需 要精 密的设备 , 投 资大 , 且对材料表面质量要 求严 格 , 难 以 大批量 、 高效率 生产 ; 采 用有机溶剂粘 接法连 接界 面属 于化学键结合 , 易老化失效 , 往往 影响后 续金 属成形 及使用 . 不锈钢具 有很高的强 度和 耐腐蚀性 能 , 铝 蜂 窝 芯具 有 低密 度 、 高 比强 度的性能 不锈 钢与铝 蜂窝 芯复合的蜂窝 夹芯板能够有效结合钢和铝 的 优 异性 能 , 具 有轻质 、 减振 、 强 度和 刚度较好 、 导 电 导热 性 能 良好 等特 点 , 实用 价值很 高 . 但 钢和铝 的物理 化学性 能如熔 点 、 导热 系数 和线膨 胀 系数 相差很 大 , 难以 加热均 匀 , 直接连接容易造 成较大 的残 余应 力 , 增 加 了 裂纹 产 生 的趋 势 . 关 于 单层 或多层钢 铝复合板的大压下 轧制复合和液 固相热 轧复合工 艺 已有大 量 的文 献报道〔7 一“ 〕 . 为 了保 证 蜂窝夹芯的形 状 不被破坏 , 基板 和 芯材 的组 织结 构和力学性能不发 生 变化 , 需要 采 用新 型 的复合 方法 . 加入 中 间层 介质的液 相 扩散连接是在母材 间放置 薄中间层 介质 (通 常 为几 微 米 至几 十微 米 ) , 通过 一 定温度下 的冶金 反应 (如共晶反 应 )在 收稿B 期 : 2 0 0 4 一 1 2一 1 修回 B 期 : 2 00 5 一 0 3 一2 9 荃金项 目 : 国家高技术 “ 5 6 3 ” 项目( N o . Zo o Z A A3 3 4 o 7 o ) 作者简介 : 李红 ( 19 7 7一 ) , 女 , 博士研究生 ; 韩静涛 ( 1 9 57 一 ) , 男 , 教授 , 博士生导师 界面上 产生 液相 , 液 相 和母 材发 生熔 解和互 扩 散 后 , 冷 却凝 固形 成均 匀 的结合界 面 . 与固相 扩散 连接相 比 , 液相扩散连 接过 程 中液体金属 原 子的 运动较为 自由 , 易于 在母材表面原子产 生 的势 能 场 中形 成稳 定 的原 子排列 而 凝 固 , 使母材界 面 的 紧 密接触变得相当容易 , 对连接温度 、 连接压力及 材料的表面 粗糙度没有苛刻要 求 . 目前该工艺 已 被 应用于 陶瓷 、 金属 间化合物 、 复合材料等多种材 料的连接中9[J . 通过 加入 中间层介质进行钢板和铝蜂窝芯材 的液 相扩散连接 , 可 以在钢铝 结合界 面 间形 成冶 金 结合 , 并 且 不 会 破坏 蜂 窝夹 芯 的 形状 和性 能 关 于这方面 的 研 究还 比 较 少 [ ’ “ 〕 . 本 文 讨 论 了 异 种金属 连接中间层 介质 的选择原 则 ; 并 根据这 一 原则 , 设 计 了最适 合钢 铝进行液 相 扩散连接的 中 间层介质成 分 ; 对 不锈 钢 一 铝 合金 结合界 面进行 了微观组织 观察 、 成分分析 和界面结合强度测试 , 讨论 了 中 间 层 介质 在钢 铝 扩 散连 接过 程 中的 作用 . 1 实验方法 实验用 材料基 板采用 304 奥氏体不 锈钢板 , 尺 寸为 10 0 m m 欠 2 0 0 m m x l m m , 蜂窝芯材用 10 0 m m 又 2 0 0 m m x 2 m m 的 3 0 0 3 防 锈 铝 板 , 在 铝板 上通过 钻孔 和线切割 方 法 加工六 边形蜂 窝孔 , 蜂 窝壁 厚 Z m m , 减轻重 量 63 . 8 % . 中间层 介质主 要 由颗粒度小于 70 拌m , 纯 度 9 % 的雾化粉末组 成 , 采用 N E T z s C H S T A 4 0 9 C 高 温 差 热分析 仪 测 定其熔 点 . 复合时中间层 介质调成膏状 均 匀刷 涂在经化学和机 械处理 后的不锈 钢和铝蜂窝板 的 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 2006. 02. 032

Vol.28 No.2 李红等：不锈钢一铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 ·139· 表面，将两块不锈钢和铝蜂窝板叠放固定后放入 表1铝二元共晶合金 高温箱式电阻炉中进行加热，加热到610~620℃ Table 1 Binary eutectic alloys with aluminium 时保温3~10min不等，取出空冷，在加热和保温 和铝形成共晶的元素共晶温度/℃ 共晶成分 过程通入高纯氮气.沿扩散连接好的钢/铝蜂窝 i 640 A1-6.1Ni 复合板横截面进行线切割制成金相试样，用Cam- Mg 450 A1-35.6Mg bridge Stereo Scan360型扫描电镜(SEM)和能谱 Ag 567 A1-71.9Ag 仪(EPMA)观察和分析界面结合区域微观组织形 Cu 548 A1-32.7Cu 貌和成分.在MTS-810型万能材料试验机上测 Zn 381 AI-94.0Zn 试界面剪切强度 Ge 420 Al-51.6Ge 2中间层介质的选择和配制 Si 577 A1-12.6Si 要使钢铝蜂窝夹芯板基板和芯材连接界面形 极快.A1-Cu共晶合金也因为含有大量的硬质金 成牢固的冶金结合，中间层介质合金元素的选择 属间化合物相Al2Cu而较脆，其电极电位和铝接 必须满足以下条件[11-2】： 近，耐腐蚀性比Al-Ag合金好.Al-Zn共晶合金 (1)液相点熔化温度区间较窄，中间层合金 和富A】的亚共晶A1-Zn合金的液相点熔化温度 应当是共晶合金或成分接近共晶合金.液相扩散 范围太宽（约70℃），且Zn-A1互溶度很大，降低 连接时，狭窄的熔化温度区间是中间层介质获得 了Al-Zn合金在连接界面上的流动性和铺展性. 高流动性的必备因素之一 此外，Al-Zn共晶合金熔态时粘度较大，也影响了 (2)熔化时具有很好的流动性.共晶合金能 流动性s].Ge的价格约是A1的400倍，使用Al- 够满足这一要求. Ge共晶合金是昂贵的.Al-Si二元共晶合金含 (3)和基体金属具有良好的冶金相容性，尤 12.6%的Si,共晶温度为577℃，熔化时具有良好 其是在连接薄壁结构的铝蜂窝构件时，中间层介 的流动性和润湿性.Al-Si合金中的A1和Si元 质和基体金属发生润湿、熔解和扩散反应，不会造 素分别位于元素周期表中ⅢB和NB族相邻的位 成基体熔蚀，并生成最少量的脆性相 置，因此A1-Si共晶合金与铝的电极电位差很小， (4)和基体金属具有良好的电化学相容性， 电化腐蚀小，连接接头抗腐蚀性比其他铝二元共 电化腐蚀是造成铝及其合金和其他材料连接接头 晶合金好[13).本实验通过NETZSCH STA409C 处强度降低的主要原因，所以基体和中间层介质 高温差热分析仪测定A1-Sⅰ合金粉的液相线和固 的电极电势越匹配越好 相线分别为577℃和580℃，比3003铝合金蜂窝 (5)低成本.中间层介质的组元金属应当是 芯材的熔点低30~40℃，可以保证达到最低扩散 价格低廉的 连接温度610℃时A1-Si合金熔化为液态而钢基 因而，适合连接铝合金和钢的中间层介质的 体和铝芯材仍保持固态，不会在铝板表面造成熔 主要成分应当选择铝，因为铝和铝合金基体可以 蚀和过烧现象 达到最佳的冶金相容和电化学相容.但是铝的液 实验用中间层介质以精制的雾化A1-Si合金 相线温度在661℃左右，使用纯铝作中间层加热 粉作为主要成分，并加入适当比例的界面活性剂 时容易造成铝基体的熔蚀，必须添加合金元素降 和粘合剂配制成膏状.界面活性剂是无腐蚀性 低液相线温度 的，通过反应、熔解的机制去除铝合金表面致密的 铝能和很多金属元素形成二元共晶，其共晶 氧化膜，降低Al-Si合金和基体的界面张力，改善 温度和组成如表1所示 A1-Si合金的流动性和对金属表面的润湿性，提 Ni与A1的共晶温度较高，接近A1母材的熔 高界面的活性，促进界面原子扩散.粘合剂使A 点，因此不适于作为共晶反应材料.A1和Mg的 -Sⅰ合金粉和界面活性剂始终保持稳定的悬浮； 共晶合金由铝固溶体和A1,Mg2金属间化合物相 并能保持膏体在常温下长时间存放不分化、不 组成，后者占主要比例，造成AI-Mg合金非常脆 分层 AI和Ag的共晶合金因为含有较硬的金属间化合 图1是经特殊工艺复合而成的钢-铝液相扩 物相Ag2Al而非常脆，并且Ag2Al的电极电位比 散连接中间层介质的颗粒形貌图.在每个A1-S A高出很多，造成Al-Ag合金连接接头腐蚀速度 合金粉末颗粒表面都包覆了一薄层界面活性剂

V ol 。 2 8 N o . 2 李红等 : 不锈钢一 铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 表面 , 将两块 不锈钢和铝 蜂 窝板叠 放 固 定后 放 入 高温箱式 电阻炉 中进行 加热 , 加热 到 6 10 一 6 20 ℃ 时保温 3 一 10 m in 不等 , 取 出空 冷 , 在加热 和 保温 过程通入 高纯 氮气 . 沿 扩散 连 接好 的钢 / 铝 蜂 窝 复合板 横截面进行线切 割制成金 相试样 , 用 C a m - b r i d g e S t e eor s e a n 3 6 0 型 扫描 电镜 ( s E M ) 和能谱 仪 ( E PM A )观 察和分析界面 结合区域 微观 组织 形 貌和 成分 . 在 M T S 一 8 10 型万 能 材料 试验机 上 测 试界 面剪切强 度 . 表 1 铝二元共晶合金 aT b l e 1 B ian 口 eu t e ct i e a l loy s w i t h a l u . 公川 um 和铝形成共晶的元素 共晶 温度 / ℃ 2 中间层介质 的选择和配制 要使钢铝蜂窝夹芯板基 板和芯 材连接界 面形 成牢固的冶 金结合 , 中间层 介 质合金 元 素的选择 必须满足以 下条件〔” 一 12] : ( 1) 液 相 点 熔 化温 度 区 间较 窄 , 中间 层合 金 应当是共晶合金或成分接近共晶合金 . 液相扩散 连接时 , 狭窄的熔化 温 度 区 间是 中 间层 介质获得 高流 动性的必备 因素之 一 ( 2) 熔 化时具有很 好 的流 动性 . 共晶合金 能 够满足这一要求 . ( 3) 和 基 体金 属 具 有 良好的 冶 金相 容性 , 尤 其是 在连接薄壁 结构的铝蜂 窝构 件时 , 中间层 介 质和基体金属发生 润湿 、 熔解 和扩散反应 , 不 会造 成基体熔 蚀 , 并生 成最少 量的脆性相 . ( 4) 和基 体金属 具有 良好 的电化学相 容性 . 电化腐蚀是造成铝及其合金和其 他材料连接接头 处强度 降低的 主要 原 因 , 所 以基体和 中间层 介质 的电极 电势越匹配越 好 . ( 5) 低成本 . 中间层 介质 的组 元 金属 应 当是 价格低廉的 . 因而 , 适合连接铝合金和 钢的中间层 介质 的 主要成分 应当选择 铝 , 因 为铝 和铝 合金基 体可以 达到最 佳的冶金相 容和 电化学相 容 . 但是 铝的液 相 线温度在 6 61 ℃ 左 右 , 使用纯 铝 作 中 间层 加 热 时容易造成铝 基体的熔蚀 , 必须 添 加合金 元素降 低液相线温度 . 铝能和很多 金属 元 素形 成二元 共 晶 , 其共 晶 温度和 组成如表 1 所示 . iN 与 iA 的共晶 温度 较高 , 接近 川 母材 的熔 点 , 因此不适于 作 为共 晶反 应 材料 . AI 和 M g 的 共晶合金 由铝固溶体和 1A 3 M g : 金 属 间化 合物相 组成 , 后 者占主要 比例 , 造成 A I一 M g 合金 非常脆 . iA 和 掩 的共晶合金 因为含有较硬 的金 属 间化合 物相 掩 Z iA 而 非常脆 , 并且 A g Z AI 的电极 电位比 lA 高 出很 多 , 造 成 川 一掩 合金连接接 头腐蚀速 度 共 晶成分 lA 一 6 . I N i iA 一 3 5 . 6 M g 周 一 7 1 . g A g 月 一 3 2 . 7 C u 川 一 94 . OZ n lA 一 5 1 . 6 G e 川 一 12 . 6 5 1 4056788120 64 ùà气曰t 34 ù一I 碗掩u趾iNCeG is 极快 . iA 一 C u 共 晶合金 也因为 含有大量 的硬 质金 属 间化合物相 从C u 而 较 脆 , 其 电极 电位 和 铝接 近 , 耐腐蚀 性比 lA 一掩 合金 好 . IA 一 z n 共 晶合金 和富 iA 的亚 共晶 lA 一 Z n 合金 的液 相点 熔化温 度 范围太宽 ( 约 70 ℃ ) , 且 z n 一 lA 互 溶度很 大 , 降低 了 川 一 z n 合金 在连接界面 上 的流 动性和铺展性 . 此外 , iA 一 Z n 共 晶合金熔 态时粘度较大 , 也 影 响了 流动性 5[] . G e 的 价格约是 lA 的 4 0 倍 , 使用 iA - G e 共 晶合 金是 昂 贵的 . IA 一 is 二 元共 晶 合金 含 1 2 . 6 % 的 is , 共晶温度为 5 7 7 ℃ , 熔化 时具有 良好 的流 动性和 润湿 性 . IA 一 iS 合金 中的 lA 和 iS 元 素分 别位于 元素周期表中 m B 和 W B 族相 邻 的位 置 , 因此 lA 一iS 共晶合金 与铝 的电极 电位差 很 小 , 电化 腐蚀 小 , 连接接头抗腐蚀性 比其 他铝 二 元 共 晶合金好〔` 3 ] . 本实验 通 过 N E T Z SCH S TA 40 9 C 高温差 热分析仪 测定 iA 一iS 合金粉 的液相线和 固 相线 分别为 5 7 7 ℃ 和 5 80 ℃ , 比 3 0 0 3 铝 合金蜂窝 芯材 的熔点低 30 一 40 ℃ , 可以 保证达到 最低 扩散 连接温度 61 0 ℃ 时 iA 一 iS 合金熔 化为液 态 而钢基 体和 铝芯材仍 保持固态 , 不 会 在 铝板 表面造 成熔 蚀和过烧现象 . 实验 用中间层介质以 精制 的雾化 iA 一 iS 合金 粉作为 主要成 分 , 并 加入 适 当 比例 的界 面 活性剂 和 粘合剂 配制 成 膏状 . 界 面 活性剂 是 无 腐蚀性 的 , 通 过反 应 、 熔解的机制去除铝合 金表 面致密 的 氧 化膜 , 降低 lA 一 iS 合金和 基体的界面 张力 , 改善 A I一 iS 合金 的流 动性 和对 金 属 表 面 的 润 湿性 , 提 高界面 的活性 , 促 进界 面 原子扩 散 . 粘 合剂 使 lA 一 iS 合金粉和 界 面活 性剂始终保持稳 定 的悬 浮 ; 并 能 保持 膏体在 常温 下 长 时间存放 不 分 化 、 不 分 层 . 图 1 是经特殊工艺复合而成的钢 一 铝液相扩 散连接中间层介质的颗粒 形 貌图 . 在每个 iA 一 iS 合金粉末颗粒表 面 都包覆 了一薄层界 面 活性剂

·140 北京科技大学学报 2006年第2期 这样就保证了Al-Si合金粉和活性剂的最佳比 3结果和讨论 值，从而完全发挥中间层介质的最佳活性与润 湿性 3.1不锈钢-铝合金结合界面区微观组织观察 和元素扩散情况分析 图2所示为复合后的钢铝蜂窝板结合界面的 扫描电镜组织形貌.可以看出，中间层介质熔解 并和基体发生互扩散后，钢和铝之间形成了较为 致密的连接.图2(a)是中间层介质与不锈钢基体 结合界面处的组织，左边是中间层介质，右边是钢 基体，可以看出结合界面的界线比较模糊，说明 600un 中间层介质与钢基体发生了原子的互扩散.图2 (b)是中间层介质与铝合金基体结合界面处的组 图1中间层介质形貌 织，左边是铝基体，右边是中间层介质，界面变得 Fig.1 Scanning electron mlcrograph (SEM)of powder inter- 较为模糊，界面结合区域没有气孔、夹杂和裂纹等 layer metal 缺陷，说明中间层金属与铝基体已经发生了晶间 互溶 (b) 图2钢铝蜂窝夹芯板界面结合区城形貌(S3M).(a)304奥氏体不锈钢和中向层介质结合界面：(b】3003防锈铝合金和中间层介 质结合界面 Flg.2 Microstructure of Al alloy 3003/SUS304 honeycomb plate bonded interface (SEM):(a)bonded interface of SUS304/Interlayer; (b)bonded interface of interlayer/Al 3003 通过SEM观察和EPMA成分分析，界面区 合金一润湿基板，铝基板就开始迅速熔解，中间层 组织主要由Al-Si固溶体、AI-Si共晶相和少量 金属中的铝和硅元素会向基板纵深处发生晶间渗 的Fe一Si-Al金属间化合物组成.在图2(b)铝 透.而中间层金属熔化时，铝基板也向熔态中间 合金和中间层结合界面区可以观察到在团状的黑 层中部分熔解，形成A-Si共晶组织.冷凝时，熔 色基体上生长着一些白色组织，EMPA能谱分析 态金属中的过剩相(AI)即沿着铝基体的某些晶粒 显示这些白色组织的主要成分是S,较细的白色 为晶核结晶长大，表现为界面区靠铝基板的一侧 带状晶体是共晶Si,黑色的基体是a-A1(Si)固溶 呈凸凹不平的峰峦状，由图2(b)可见.另外，在不 体相，这是因为中间层A1-Si共晶合金的组织是 锈钢和中间层结合界面区进行的EMPA能谱分 a(A1)固溶体和硅形成的共晶，577℃时，Si元素 析表明此处组织主要成分是Fe,Si和Al,这是因 在固溶体中的最大溶解度是1.65%[14].冷凝阶 为扩散连接温度达到615℃时，钢基体中的铁迅 段先从铝基体表面开始结晶，a(AI)固溶体首先从 速向中间层介质A1-Si合金中溶解，达到一定浓 结合界面区分离出来，再从初晶Si和共晶Si中分 度后，冷凝时，首先在界面上析出部分Fe一Si一Al 离出来，共晶组织最后才凝固，因此在界面区可 金属间化合物 以发现一层参差不齐地向界面中心生长的硅在铝 液相扩散连接过程中，基体和中间层介质各 中的固溶体，固溶体组织具有良好的强度和塑 元素的扩散是导致界面间形成治金结合和不同多 性，对界面结合性能是有利的，同时，熔态的铝硅 相组织逐渐形成的主要原因.为定量分析界面结

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年 第 2 期 这样就 保证 了 iA 一 iS 合金粉 和 活 性剂 的 最 佳 比 值 , 从 而 完 全 发挥 中 间 层 介质 的 最 佳 活 性 与 润 湿性 . 图 1 F lg . l S ca n ” i嗯 e leC t伽 l a y er m e t a l 中间层介质形貌 m i c r 侧罗, Ph 《 S EM ) o f 卯 w d e r i nt e r · 3 结果和讨论 3 . 1 不锈钢 一铝 合金 结合界面 区 微观组 织观察 和元素扩散情况分析 图 2 所示 为复合后 的钢铝 蜂窝板结合界面的 扫 描 电镜组织形 貌 . 可以看 出 , 中间层 介质熔解 并和 基体发生互 扩 散后 , 钢和 铝 之 间形 成了较为 致密的连接 . 图 2 ( a )是中间层介质与不锈钢基体 结合界 面处的组 织 , 左边是中间层介质 , 右边 是钢 基 体 . 可 以 看出结合界 面 的界线 比较模糊 , 说 明 中间层介质与钢基体发 生 了原 子 的互 扩散 . 图 2 ( b) 是 中间层介质与铝 合金基 体结合界 面 处 的组 织 , 左边 是 铝基体 , 右边 是 中间层 介质 , 界 面变得 较为模糊 , 界面结合区域没有气孔 、 夹 杂和裂纹等 缺陷 , 说明中间 层金 属 与铝 基 体已 经 发生 了晶间 互 溶 . 图 2 铜铝蜂窝夹芯板界面结合区城形貌 ( s E M 〕 . 《a) 3 04 奥氏体不锈钢和中间层介质结合界面 ; ( h) 3 0 03 防锐铝合盘和 中间层介 质结合界面 F l g . 2 M l e r OS t r u c t uer o f 月 日l叮 3 00 3 / s U 3S 0 4 h oen y co m b p lat e bo . d el iut er “ ce 《S EM ) : 《 a ! b o n d ed i n t e 州恤ce of S U 3S 0 4 / I n et lr a ,er ; ( b ) ob dn 曰 I n t e南 ce o r 一n et r l a y e r / ^ 1 3 0 0 3 通 过 SE M 观察和 E P M A 成分 分 析 , 界 面 区 组织 主 要 由 iA 一 iS 固溶 体 、 川 一 iS 共晶相 和 少 量 的 F e 一iS 一 lA 金属 间 化合物组 成 . 在 图 2 ( b) 铝 合金 和中间层结合界面 区可以观 察到在 团状 的黑 色基 体上生 长着 一 些 白色组 织 , E M P A 能谱分析 显示这 些 白色 组织 的主要 成分是 iS , 较细 的 白色 带状 晶体是共晶 iS , 黑色 的基 体是 a 一 lA ( iS ) 固溶 体相 . 这是因为中间层 iA 一iS 共晶合金 的组 织是 a( iA ) 固溶体和硅 形成的共 晶 , 5 7 ℃ 时 , iS 元素 在固溶体 中的 最大溶解度是 1 . 65 % 〔’ 4〕 . 冷凝 阶 段先从铝 基体表 面开 始结晶 , a( 川 ) 固溶体首先从 结合界 面区 分离 出来 , 再从初 晶 is 和共 晶 is 中分 离 出来 , 共晶组 织 最后 才凝固 . 因 此在界 面 区可 以发 现一层参差不齐地 向界 面 中心生长 的硅在铝 中的 固溶体 . 固溶体组 织 具 有 良好 的强 度和 塑 性 , 对 界面结合性能是 有利 的 . 同时 , 熔态 的铝硅 合金一 润湿基板 , 铝基 板就开 始迅速熔 解 , 中 间层 金属 中的铝和硅 元素会 向基 板纵深处发生晶 间渗 透 . 而 中间 层金 属 熔化时 , 铝 基板 也 向熔 态 中间 层 中部分熔解 , 形 成 lA 一 iS 共晶组 织 . 冷凝时 , 熔 态金属 中的过剩相 ( lA )即沿着铝基 体的某些 晶粒 为晶核结晶长大 , 表现 为 界面 区 靠铝 基板的一 侧 呈 凸凹 不 平的峰峦状 , 由图 2( b) 可见 . 另外 , 在不 锈钢和 中间层 结合界面 区进 行的 E M P A 能谱分 析表明此 处组织 主要成分是 F e , is 和 iA . 这是 因 为扩散 连接 温度达 到 6巧 ℃ 时 , 钢基体 中 的铁 迅 速 向中间层介质 lA 一 iS 合金 中溶解 , 达到 一定 浓 度后 , 冷凝时 , 首先 在界面 上析 出部分 F一iS 一lA 金属 间化合物 . 液相扩散连接过 程 中 , 基体和 中间 层 介质 各 元 素的扩散 是导致 界面 间形成冶金结合和 不同多 相组 织逐渐形成 的主要原 因 . 为 定量 分析 界面 结

Vol.28 No.2 李红等：不锈钢-铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 ·141· 合区域元素的扩散和分布情况，采用能谱分析方 做出中间层介质和不锈钢结合界面区、中间层介 法，在图2(a)和(b)的界面区从左至右分别选取5 质和铝合金结合界面区Al,Si,Fe,Cr等元素的扩 个点进行研究.根据对1~5点的能谱分析分别 散曲线，如图3(a)和(b)所示. 80(a 100 90 (b) --Al 70 -=A1 --Si -0-Si 380 w-Cr 每60 0- -Cr 每70 -Fe -Fc 60 ◆Ni 界面区 50 铝基体 不锈钢基体 界面区 盆40 20 30 20 10 6 10 0864 -202 4 6 00 -20 -10 0 1020 30 距离μm 距离m 图3钢铝蜂窝夹芯板界面结合区元素质量分数分布.(a)304不锈钢/中间层结合区：(b)中间层/铝合金3003结合区 Fig.3 Calculated element distribution curves of Al alloy 3003/SUS304 bonded interface:(a)bonded zone of SUS304/interlayer;(b) bonded zone of interlayer/Al 3003 从图3(a)可以看出，在中间层和不锈钢的结 89,在MTS-810试验机上进行界面剪切强度测 合界面区域，靠近界面区域的中间层侧的1点和 试.从图5可以看出不同保温时间对剪切强度的 2点的主要成分除Al和Si外，还出现了较多的 影响，保温3min,5min和l0min的界面剪切强度 Fe和少量的Cr,Ni元素，这几种元素是中间层介 切割部位 质中不存在的，说明不锈钢基体向中间层发生了 切制部位 明显的扩散.不锈钢侧3,4,5点的主要成分是 Fe,Cr,Ni和Mn,但也出现了少量的Al、Si元素， 中间层 这是A1-Si共晶合金中的Al和Si元素从中间层 向不锈钢基体扩散的结果.不锈钢基体和中间层 金属间发生了元素的互扩散，导致富铝的中间层 介质和不锈钢的结合界面区会出现少量Fe一 图4剪切试样 Si一A1金属间化合物.图3(b)中，铝合金基体区 Fig.4 Shearing sample 域1点和2点的主要成分是A和少量的Si,但同 时出现了少量的Fe和Cr元素，这两种元素是铝 基体中不存在的，说明不锈钢基体中部分Fe元素 35 和Cr元素穿越了中间层扩散到铝基体中，中间 5 层3,4,5点的主要成分是铝和硅，沿界面向右靠 20 近钢基体A的含量逐渐减少，Fe的含量逐渐增 15 密10 多.Al,Si,Fe和Cr原子均沿结合界面发生了不 5 同程度的扩散，这一过程也是不锈钢和铝合金两 7 7 710 种基体原子相互扩散和交换电子，形成金属键连 保温时间min 接的过程.随着原子的进一步靠近，原子相互间 图5保温时间和剪切强度的关系 的引力和斥力大小相等，原子间相互作用力为零， F1g.5 Variation in shear strength of interface with holding time 此时自由电子成为共有，与基体晶格点阵的金属 离子相互作用形成金属键，使不锈钢和铝合金间 都低于保温7min的，保温7min可以达到较高的 形成冶金结合5].同时，在原子的扩散迁移过程 剪切强度，最高为37.3MPa,平均剪切强度达 中，不同多相组织如Al-Si固溶体、A】-Si共晶相 30.5MPa.断裂均发生在钢和中间层结合界面 和Fe-Al金属间化合物逐渐形成 上，证明铝和中间层的结合强度比不锈钢和中间 3,2界面结合强度实验结果 层的结合强度高，结合强度主要由铝合金和中间 如图4加工剪切试样，根据标准GB11363一 层的结合强度决定，不锈钢和中间层铝元素形成

V o l . 2 8 N o . 2 李红等 : 不锈钢一 铝蜂窝夹芯板 的液相扩散连 接 合区域 元素的扩散和分 布情况 , 采 用 能谱分 析 方 法 , 在图 2 ( a) 和 ( b) 的界面 区从左 至右分 别选取 5 个 点进 行研究 . 根据 对 1 一 5 点的 能谱分析分别 做 出中间层介 质和 不锈 钢 结合界 面 区 、 中间层 介 质和铝 合金结 合界面 区 iA , iS , F e , C r 等元 素的扩 散 曲线 , 如 图 3 ( a) 和 ( b) 所示 . 100 尸 es 一 - - , 甲` 二二二二二二二丁一一- , 尸- 一一 ~ A l ~ 5 1 ~ C r 一 , ~ F e a()卜 `Lse卜esL n0 八O,沙 6 5 0 4 0 界 面区 铝基体 7 3 0 U。 2 0 不锈钢基体 一 讨 一一 创 象余酬唱名般长芝 , “ r 0 七 一 巧 一 2 0 2 距离 /卿 4 6 8 一 2 0 一 1 0 0 距离 /林m 10 20 3 0 ; l 90780654032100 卜匕30| 一 彭卞妈名报途喇嘿 图 3 钢铝蜂窝夹芯板界面结合区元紊质 t 分数分布 . 《a) 3 04 不锈铜 / 中间层结合区 ; ( b ) 中间层 /铝合金 3 0 03 结合区 n g . 3 ca 一园 a t曰 el e衅 n t 山 s t d b u ti on e vuesr o r ^ l 日 loy 3 0 0 3 / s u 犯 0 4 bo . d曰 int e r af eC : ( a ) 加. d de oz ue of s U3S 0 4 / i ent lr ’ae r ; ( b ) bo dn de ouz e o f i n t e lr a y e r/ A I 30 03 加4035021510 侧称己连烈易 从 图 3( a )可以看出 , 在中间层 和 不锈钢的结 合界面 区域 , 靠近 界 面 区域 的 中间 层侧 的 1 点和 2 点 的 主要 成 分除 lA 和 iS 外 , 还 出 现 了较 多 的 eF 和少量 的 rC , iN 元素 , 这 几种元素是中间层介 质中不存在的 , 说 明不锈钢基体 向中间层 发 生 了 明显 的扩散 . 不 锈钢侧 3 , 4 , 5 点的 主 要 成分是 F e , Cr , iN 和 M n , 但也 出现 了少量 的 iA 、 iS 元 素 , 这是 iA 一iS 共晶合金 中的 lA 和 iS 元 素从中间层 向不锈钢基体扩散的结果 . 不锈钢基 体和 中间层 金属 间发生 了元 素的互 扩散 , 导 致富铝 的中间层 介质和 不 锈 钢 的结 合界 面 区 会 出 现 少 量 F e一 iS 一月 金属 间化合物 . 图 3 ( b) 中 , 铝 合金基 体区 域 1 点和 2 点的主要成 分是 lA 和少 量的 iS , 但同 时出现了少量 的 F e 和 C r 元素 , 这 两 种元素是铝 基体中不存 在的 , 说明不锈钢基体中部 分 F e 元素 和 C r 元素穿 越 了 中间层 扩散 到 铝 基体中 . 中 间 层 3 , 4 , 5 点 的主要 成分是铝 和 硅 , 沿 界面 向右靠 近钢基体 iA 的含 量逐渐减 少 , eF 的含量逐渐增 多 、 lA , iS , F e 和 C r 原子 均 沿结 合界 面发 生 了 不 同程度的扩散 , 这一过 程 也是不锈钢和 铝合金 两 种基体原子相互扩散和 交换 电子 , 形 成 金 属键连 接的过 程 . 随着原子 的 进一 步 靠近 , 原 子 相互 间 的引力和 斥力大 小相等 , 原子 间相互 作用力 为零 , 此时 自由电子 成为共有 , 与基体 晶格 点阵 的金属 离子相互 作用 形成 金属 键 , 使 不锈 钢和铝 合金 间 形成 冶金结合〔` 5〕 . 同时 , 在 原 子 的扩散迁 移过 程 中 , 不 同多相 组织 如 iA 一 iS 固溶体 、 iA 一 iS 共 晶相 和 F e 一川 金属 间化合物逐渐 形成 . 3 . 2 界面结合 强度实验 结果 如图 4 加工 剪切试样 , 根 据 标准 G B l l 3 6 3一 89 , 在 M T S 一 81 0 试验机上 进 行界 面 剪切 强度 测 试 . 从 图 5 可 以 看出不 同保温 时 间对 剪切强 度的 影 响 , 保温 3 m i n , s m i n 和 i o m i n 的界面 剪切强 度 图 4 剪切试样 n g . 4 s 恤盯百ug s am P l e 二 / 一 \ 图 5 V 盯i a t i o n 保温时间 m/ in 保沮时 间和剪切强度的关系 F ig . 5 ti 幻口e i n s let ar s t er n g t h o r i n t e r fa eC 川t卜 七川d i n g 都低于保温 7 m in 的 , 保温 7 m in 可以达到 较高的 剪切 强 度 , 最 高 为 37 . 3 M aP , 平 均 剪 切 强 度达 3 0 . 5 M P a . 断 裂 均 发生 在钢和 中间层 结合界 面 上 , 证明铝和 中间层 的结合强度 比不锈钢和 中间 层 的结合强 度高 , 结合强 度主要 由铝合金 和 中间 层 的结合强 度决定 , 不锈钢和 中间层铝 元 素形成

·142 北京科技大学学报 2006年第2期 少量Fe-Al金属间化合物，使接头变脆，降低了 界面结合强度6].图5也证实了这一结论 界面结合强度 根据本实验研究，认为不锈钢和铝合金中间 3,3中间层介质的作用和工艺参数的影响 层介质液相扩散连接的最佳扩散连接温度是615 通过对液相扩散连接界面的结构分析和强度 ℃，保温时间少于10min(7min可以达到最高界 测试，证明加热到610~620℃，保温5~7min的 面结合强度) 条件下，采用铝硅合金、界面活性剂和粘合剂配制 4 成的中间层介质能够有效连接钢和铝这两种物理 结论 和化学性能差别较大的金属.中间层介质具有决 (1)连接异种金属的中间层介质必须具有狭 定性的作用，这是因为在同种或异种材料液相扩 窄的熔化温度区间，并和基体金属有良好的冶金 散连接过程中，在材料被连接表面和结合界面区 相容和电化学相容性.与其他铝二元共晶合金相 发生了复杂的治金和化学反应，界面液化及其控 比，铝硅共晶合金熔化时具有良好的流动性和润 制是实现界面冶金结合的重要条件.首先，在610 湿性；A1-Si共晶合金与铝的电极电位差小，电化 一620℃时，A1-Si共晶合金熔化为流动性良好的 腐蚀小，结合界面抗腐蚀性比其他铝二元共晶合 液体，界面活性剂具有强去膜能力和活性，能够 金好，并且价格低廉.因此是中间层介质主要成 在极短的时间内去除铝基体表面的氧化膜，降低 分的最佳选择. 液态铝硅合金与基体间界面张力，使得铝硅合金 (2)在加热温度为610~620℃，保温时间5~ 在不锈钢和铝合金被连接表面产生充分的润湿. 7min时，利用中间层介质的冶金反应产生液相， 基体被液态中间层润湿是保证它们紧密接触并形 通过液相与钢铝两种基体金属的润湿、熔解和和 成良好连接的必备条件，这种现象的驱动因素是 互扩散，304不锈钢板和3003铝合金蜂窝夹芯板 表面自由能和液相扩散连接过程化学反应生成相 结合界面形成了牢固的冶金结合.扫描电镜和能 形成的自由能.在润湿条件建立以后，毛细现象 谱分析表明：结合界面附近存在较为明显的扩散 导致液态中间层流动并致密地填满被连接基体的 特征，界面呈镶嵌状互相咬合，没有发现空洞、裂 缝隙，从而使不锈钢和铝合金基体和中间层的原 纹等微观缺陷，因此钢/铝界面结合比较紧密；界 子进一步互相扩散，最终在连接界面形成冶金 面区由a(Al)固溶体、Al-Si共晶相和少量Fe一 结合. Si一A1金属间化合物组成 合理的液相扩散连接工艺是获得良好结合界 (3)不锈钢和铝合金的中间层介质液相扩散 面的重要保证.本实验对不锈钢和铝合金中间层 连接对工艺参数是敏感的.加热温度为615℃ 介质液相扩散连接的工艺步骤作了初步的探讨. 时，保温时间应少于l0min,可以避免脆性Fe-Al (1)实际的固体材料表面总是粗糙不平的，覆 金属间化合物层形成.使用N2保护，可以减小金 盖着难以清除的气体吸附层和氧化层[15].吸附 属表面氧化对界面复合的不利影响. 层和氧化层会形成污染，将两种复合金属基体隔 开，严重阻碍原子间的结合；因此连接前必须对钢 参 考文献 板和铝蜂窝芯待连接表面进行化学脱脂处理和机 [1 张广平，戴干策.复合材料蜂窝夹芯板及其应用.纤维复合 械清刷，除去表面吸附层和氧化层，造成粗糙表 材料.2000,25(2)：18 面，提高中间层在基体表面的润湿性和流动性，保 [2] 胡亚民，王志强，钱进浩.金属复合成形技术的新进展，现 代制造工程，2002,10：94 证原子间能进行充分的扩散 [3]Kawanami.夕テyド材)制造技術现状上展银.塑性上 (2)加热炉采用N2保护.流动的N2可以带 加工，2001,42(3)：168 走氧化物附近积聚的分解出的氧，有助于保持容 [4]Takeuchi E,Zeze M,Tanaka H,et al.Continuous casting of 器内低的氧分压，保证氧化物完全分解， clad steel lab with levei magnetic field brake//Steel.making (3)加热温度和保温时间对中间层熔化和界 Conference Proceedings.Pittsburgh,1996:225 面反应具有显著影响.根据Fick定律和扩散系 [5]Bhadeshia H K D H.Joining of commercial aluminum alloys// Proceedings of International Conference on Aluminium IN- 数方程，温度提高能加快原子扩散和界面反应的 CAL'03).Aluminium Association of India,2003:195 进行；但温度过高，会造成铝合金基体的熔化或熔 [6]Liu Y,Naoe H,Tadatama S.TEM investigation of stainless/ 蚀.保温时间过长，中间层介质和不锈钢结合界 aluminum interface created by the surface activated bonding 面区的Fe-一Si一Al金属间化合物层会增厚，降低 method.Nucl Instrum Metbods Phys Res B,1997,121:519

北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年第 2 期 少量 F e 一 iA 金 属 间 化合物 , 使 接头 变脆 , 降低 了 界 面结合强度 . 3 . 3 中间层介 质的作 用和工艺参数的影响 通过 对液相 扩散连 接界面 的结构分析和强 度 测试 , 证 明加 热到 6 1 0 一 6 2 0 ℃ , 保温 5 一 7 m i n 的 条件下 , 采用 铝硅合金 、 界面 活性剂和 粘合剂配 制 成的 中间层介质能够有 效连接钢和铝 这两种物理 和化学性能差别较大的金属 . 中间 层介 质具有 决 定性 的作用 , 这是因为 在 同种或 异 种材 料液 相 扩 散连 接过 程中 , 在 材料 被连接表面和 结合界 面 区 发生 了复杂的冶金 和 化学 反 应 , 界 面液化及 其控 制是 实现界面 冶金结合 的重要 条件 . 首先 , 在 6 10 一 6 2 0 ℃ 时 , iA 一iS 共晶合金熔化 为 流动性 良好的 液体 . 界面 活性剂 具 有强 去 膜能力 和 活性 , 能 够 在极 短 的时间 内去 除 铝基 体表面 的氧化膜 , 降低 液态铝硅合金 与基 体间界 面 张 力 , 使得 铝 硅合金 在不锈钢 和铝合金 被连接表 面 产生 充分 的润 湿 . 基体被液态 中间层润湿 是保证它们 紧密接触并形 成 良好连接的必 备条件 . 这种现象 的驱 动因 素是 表面 自由能和液 相扩散连接过 程化学 反应 生成相 形成 的 自由能 . 在 润湿 条 件建立 以后 , 毛细 现 象 导致液 态 中间层 流动并 致密地 填满被 连接基体的 缝 隙 , 从 而使不 锈钢和 铝合金 基 体和 中间层 的原 子进 一 步 互 相 扩 散 , 最 终 在连 接 界 面 形 成冶 金 结合 . 合理 的液相 扩散连接工艺是获得 良好结 合界 面的重要 保证 . 本实验 对不 锈钢和铝 合金 中 间层 介质液相 扩散连 接的工 艺步骤 作了初 步的探讨 . ( 1) 实际 的固体材料表面 总是粗糙 不平的 , 覆 盖 着 难 以 清 除的 气体 吸 附层 和 氧 化层 〔` 5〕 . 吸 附 层和 氧化层会 形 成 污 染 , 将两 种复合金 属基 体隔 开 , 严重阻 碍原子 间的结合 ; 因此连接前必须对钢 板 和铝蜂 窝芯待连接表 面进行化 学脱脂处理和 机 械清 刷 , 除去 表 面 吸 附层 和 氧化层 , 造 成 粗糙表 面 , 提 高 中间层 在基体表 面的润湿 性和 流动性 , 保 证原 子 间能进行 充分的 扩散 . ( 2 )加热 炉采 用 N : 保护 . 流 动的 N : 可以 带 走氧化物附近 积 聚 的分解 出 的氧 , 有 助 于保持容 器 内低 的氧分压 , 保证氧 化物完 全分解 . ( 3 )加热 温 度和 保 温时间 对 中间层熔 化 和 界 面反应具 有显 著影 响 . 根 据 iF ck 定律和 扩散 系 数方 程 , 温 度提 高能加快原 子 扩散和 界 面反 应 的 进行 ; 但温度过 高 , 会造 成铝合金基体的熔化或熔 蚀 . 保温 时间过 长 , 中间层介质和 不锈 钢结合界 面区 的 eF 一is 一lA 金属 间化合物 层会 增厚 , 降低 界面结合强度 〔` 6〕 . 图 5 也证实了这一结论 . 根据本实验 研究 , 认为 不 锈钢和 铝 合金 中 间 层介质液 相扩散连接的最佳扩散连接温度是 61 5 ℃ , 保温 时间少 于 10 m in( 7 m in 可 以达到 最 高界 面结 合强度 ) . 4 结论 ( 1) 连接异 种金属 的中间层 介 质必 须 具 有狭 窄的熔 化温度区 间 , 并和 基体金 属 有 良好的冶金 相容和 电化学 相容性 . 与其他铝 二 元共 晶合金相 比 , 铝硅共晶合金 熔 化时 具 有 良好的流 动性 和润 湿性 ; iA 一 is 共晶合金 与铝 的电极 电位 差 小 , 电化 腐蚀小 , 结合界面 抗腐蚀 性 比其他铝二 元 共晶合 金好 , 并且 价格 低廉 . 因此 是中间层介质主要 成 分的最佳选择 . ( 2 )在加热温度为 6 10 一 6 2 0 ℃ , 保温 时间 5 一 7 m in 时 , 利 用 中 间层 介质的 冶 金反 应 产 生液 相 , 通过液相 与钢铝 两种基体金 属 的润湿 、 熔 解和和 互扩散 , 3 04 不锈钢板和 3 0 0 3 铝合金 蜂窝夹 芯板 结合界 面形成了牢固的冶金 结合 . 扫描 电镜和能 谱分析表明 : 结合界面 附近 存在较 为 明显 的扩散 特征 , 界面 呈镶 嵌 状 互相 咬合 , 没 有发 现 空洞 、 裂 纹等微观缺陷 , 因此 钢/ 铝 界 面结合 比较 紧密 ; 界 面 区 由 a( lA ) 固溶体 、 lA 一 is 共晶相 和 少 量 eF 一 iS 一iA 金属 间化合物组 成 . ( 3 ) 不锈钢和 铝合金 的 中 间层 介质液 相 扩散 连接对 工 艺 参 数是 敏 感的 . 加热 温 度为 6 15 ℃ 时 , 保温时 间应 少于 10 m in , 可 以避免脆性 eF 一 lA 金属 间化合物层形成 . 使用 N : 保护 , 可 以减 小金 属表面 氧化对界面复合的不利影响 . 参 考 文 献 【1 」 张广平 , 戴干策 . 复合材料蜂窝夹芯板及其应用 . 纤维盆合 材料 , 2 0() 0 , 2 5 ( 2 ) : 1 8 〔2 〕 胡亚民 , 王志强 , 钱进 浩 . 金属 复合成形技术 的新进 展 . 现 代制造工程 , 20 02 , 1 0 : 9 4 【3] K a 一 . 夕 于 少 卜材内 制造技衍刃 现 状 七展 望 . 塑性 七 加工 , 2 0 0 1 , 4 2 ( 3 ) : 16 8 [ 4 1 T a k e u e h i E , z ez e M , T an k a H , e t al . C冶n t谊ou us e as t i gD o f 。 l a d s t e el lab w it h l e ve l m a g n e t i e f i e ld b ar k e / S t e e l . m a ki叱 oC n fe r en e e P ocr e e d i n g s . P i t t s b u 唱h , 19 9 6 : 2 2 5 [ 5 ] B h a d e s ih a H K D H . J o i n 又飞 o f co nue r e i a 一已u nu u m al o y s / P ocr e e d i飞 5 o f I nt e m at i oan l oC nf er e cn e on 川u rm n i u m ( IN - CA工 ’ 0 3 ) 月u ml n i uzn sA ocs i a t ion of I n d i a , 2 0 0 3 : 19 5 [ 6 」 L i u Y , N ao e H , T a dat am 5 . 花M i n ves t 云g a t io n o f s t a i n l es / al urn i n u m i n t e 讨ac e e r e at de b y t h e s u arf e e a e t i v a t e d ob n di昭 m e t h o d . N o e l I ns 扮口口 M e ht 曰5 P b y s R es B , 1 9 9 7 , 12 1 : 5 19