鋁-鋼異種金屬CMT條件下潤(rùn)濕機(jī)理的研究.pdf

1、鋁及鋁合金是現(xiàn)如今應(yīng)用較為廣泛的金屬材料，具有較小的密度，較高的比強(qiáng)度，以及在常溫下保持良好力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn)。鋼的經(jīng)濟(jì)性好、強(qiáng)度高是一種應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)材料，在制造業(yè)中始終處于主導(dǎo)地位。因此，鋁-鋼異種金屬連接的混合結(jié)構(gòu)在減輕車輛自重以及節(jié)能減排方面具有突出的潛在優(yōu)勢(shì)。鋁-鋼體系的潤(rùn)濕行為及界面結(jié)構(gòu)對(duì)于鋁-鋼連接極其重要，然而對(duì)于此研究仍然存在一些不確定因素。同時(shí)，鋼表面的鍍鋅層在鋁-鋼連接工藝中似乎必不可少，然而鋅的作用機(jī)制至今仍不明確。

2、
　　本文在CMT（Cold Metal Transfer）條件下以大功率激光為背光源，采用高清數(shù)碼相機(jī)記錄并分析了4043鋁合金熔體分別在裸鋼板和鍍鋅鋼板表面的潤(rùn)濕行為，總結(jié)歸納出潤(rùn)濕行為與潤(rùn)濕工藝參數(shù)的關(guān)系，同時(shí)利用掃描電鏡（SEM）和能譜分析（EDS）考察探究了界面的形成機(jī)理。結(jié)果表明：當(dāng)鋁合金熔體在不同送絲速度下潤(rùn)濕裸鋼表面時(shí)，初始接觸角幾乎與送絲速度無(wú)關(guān)，初始接觸角均接近于鋁-鋼本征接觸角；當(dāng)鋁合金熔體在鍍鋅鋼表面潤(rùn)濕時(shí)

3、，鋅蒸汽將導(dǎo)致工藝不穩(wěn)定，主要?dú)w結(jié)于液-固界面上的鋅蒸汽阻隔了熔體與母材的接觸，即“Leidenfrost”效應(yīng)；鋁-鋼體系最終潤(rùn)濕性取決于氧化膜的去除程度；界面結(jié)構(gòu)的形成以及最終潤(rùn)濕的程度由熱輸入-界面的溫度-界面反應(yīng)三者之間的依存關(guān)系決定；利用吸附能的計(jì)算公式可以解釋并預(yù)測(cè)了界面結(jié)構(gòu)以及富鋅區(qū)的形成；當(dāng)鋁合金熔體在裸鋼表面潤(rùn)濕時(shí)，潤(rùn)濕行為與潤(rùn)濕工藝參數(shù)中的送絲速度v和潤(rùn)濕時(shí)間t密切相關(guān)，具體可以表達(dá)為：當(dāng) v≤4 m/min時(shí)θ(t

4、)=θ0+2(54–10v)(1–exp[(0.33–3v)t]，當(dāng)v>4 m/min時(shí)θ(t)=θ0+(58–7v) exp[–(1.7–0.15v)t]；在鋁-鋼潤(rùn)濕行為的研究中，鍍鋅層所起到的主要作用為鍍鋅層蒸發(fā)后保證了鋼板潔凈表面，并且鋅蒸發(fā)后帶走部分熱量從而降低了界面反應(yīng)溫度。鋁合金熔體在鍍鋅鋼板上潤(rùn)濕的最終接觸角接近鋁-鋼本征接觸角，即鋅的另外一個(gè)作用為保證了鋁合金熔體在本征接觸角下潤(rùn)濕鋼板。
　　由于在鋁-鋼連接過(guò)程

5、中鋅蒸汽會(huì)導(dǎo)致電弧不穩(wěn)，并且會(huì)產(chǎn)生氣孔等缺陷。因此，需要找到其它的物質(zhì)來(lái)代替鋅。通過(guò)在裸鋼板表面分別添加厚度均為0.1 mm的非晶箔帶、銅粉、硅粉、FeCl3粉末以及 NaCl粉末，研究這些物質(zhì)對(duì)鋁-鋼潤(rùn)濕行為及界面結(jié)構(gòu)的影響。研究結(jié)果表明：非晶箔帶對(duì)于鋁-鋼的最終潤(rùn)濕性無(wú)改善，并且非晶箔帶雖然改變了界面微觀結(jié)構(gòu)并且在一定程度上細(xì)化了凝固金屬的晶粒，然而界面金屬間化合物層厚度仍然較厚；硅增加了熔體的流動(dòng)性具有促進(jìn)鋁-鋼潤(rùn)濕的作用，并且硅