铝-铜异种金属搅拌摩擦焊接头组织及力学性能

摘要

对3 mm厚的1060工业纯铝和退火纯铜异种金属搅拌摩擦焊进行研究。在搅拌头旋转速度为1050 r/min、焊接速度为30 mm/min时,获得性能良好的铝/铜接头。交替片层结构主要分布于焊核区顶部与铜/焊核区交界附近,促进了铝、铜两种材料的界面扩散及铝和铜之间的冶金键合。然而,界面腐蚀形貌揭示界面内部的弱连接机制,导致拉伸试验中裂纹沿界面区域萌生和扩展,断裂方式为韧-脆混合型断裂。接头的抗拉强度为148 MPa,高于工业纯铝母材的抗拉强度。搅拌摩擦焊强烈塑性变形引起的晶体缺陷和晶粒细化加速原子间的短程扩散,从而促进金属间化合物Al4Cu9和Al2Cu的生成。XRD结果显示,金属间化合物Al4Cu9主要位于铜/焊核区过渡区域。焊核区较高的位错密度和位错环的形成是导致该区域硬度明显升高的主要原因。