本文關鍵詞：強磁場下鋁合金及鈦合金擴散連接行為研究

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【摘要】：在傳統(tǒng)的鋁合金熔焊過程中,較大的比熱和線膨脹系數(shù)使焊接能量損失大,極易產生氧化膜夾渣、焊接變形和裂紋;鈦合金在加工時容易產生回彈現(xiàn)象,傳統(tǒng)的加工過程不易滿足高精度高弧度的要求。而擴散連接由于其焊接溫度低,精度高可以為上述問題提供一種解決思路,但是擴散連接由于其效率低下而在應用上受到限制。強磁場下物質能夠在原子的尺度上接受其強大的磁化能量,并且不需要直接接觸,材料的諸多微觀行為,比如分子和原子的匹配、排列、遷移,從而受到影響。脈沖強磁場更是可以產生強大的電磁力取代傳統(tǒng)的機械、氣脹加壓。因此可以考慮利用強磁場驅動材料的擴散連接,同時在此過程中研究強磁場影響原子擴散的物理機理。本文以在航空航天領域具有廣泛應用的1420鋁合金和TC4鈦合金為研究對象,前者在數(shù)學形式簡單的穩(wěn)態(tài)強磁場中熱處理的研究,可以從科學層面上解釋強磁場影響原子擴散的物理機理,而后者在能產生很強電磁力的脈沖強磁場的驅動下進行擴散連接,能夠從技術層次上探索電磁力取代傳統(tǒng)的機械、氣脹加壓,實現(xiàn)合金間的可靠連接。研究顯示添加穩(wěn)態(tài)強磁場之后,純鋁一側晶粒尺寸有所升高,鋁合金一側則正好相反;EBSD分析顯示鋁合金一側不論有無磁場,均沒有明顯的取向結構;軋制純鋁板材微弱的織構在強磁場中得到了些許加強;EDS分析得到的濃度-距離曲線呈典型的一維半無限大擴散偶的擴散結果,計算得到的不同條件下Al-Mg互擴散系數(shù)表明橫向強磁場對該擴散體系有抑制作用,這一點與國內外大部分的研究結果相同。同時利用磁致電阻結合雙極性擴散理論,半定量地解釋了實驗結果。脈沖強磁場的放電次數(shù)、放電電壓和實驗溫度都對鈦合金的的擴散連接起正向促進作用,表現(xiàn)在焊縫處的孔洞減少、接頭剪切強度增加、斷口處撕裂帶增多、Al原子的擴散距離增加和擴散系數(shù)增加等等,放電次數(shù)為10次時效果達到飽和,放電電壓為9KV時作用效果已經(jīng)比較明顯,剪切強度在飽和時約為400MPa;放電次數(shù)和放電電壓對焊接的促進作用是通過強大的電磁力實現(xiàn)的,一方面電磁力在宏觀上使試樣結合的更好,另一方面在微觀上,脈沖強磁場使原子獲得額外的不均勻分布的磁化能,最終磁化能梯度導致額外的原子擴散流。
【關鍵詞】：鋁合金 鈦合金 擴散連接 強磁場 擴散系數(shù)
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-28
• 1.1 背景12-14
• 1.2 擴散理論14-17
• 1.2.1 擴散的唯象理論14-15
• 1.2.2 擴散的原子理論15-16
• 1.2.3 擴散的熱力學分析16-17
• 1.3 強磁場材料科學17-21
• 1.3.1 引言17-18
• 1.3.2 強磁場在控制流體對流中的應用18-19
• 1.3.3 強磁場在形成取向中的應用19-20
• 1.3.4 強磁場中材料的熱處理研究20-21
• 1.4 強磁場對合金中元素擴散影響研究現(xiàn)狀21-26
• 1.4.1 強磁場對間隙擴散影響研究進展21-23
• 1.4.2 強磁場對空位擴散影響研究進展23-26
• 1.5 選題意義和研究內容26-28
• 1.5.1 選題意義和研究目的26-27
• 1.5.2 研究內容27-28
• 第二章 強磁場下鋁-鋁鎂合金擴散連接行為研究28-41
• 2.1 前言28
• 2.2 研究對象28-29
• 2.3 擴散偶的預制備29-31
• 2.3.1 試樣準備29
• 2.3.2 擴散偶制備29-31
• 2.4 強磁場下擴散偶的保溫熱處理31-33
• 2.5 實驗結果及分析33-40
• 2.5.1 擴散界面處微觀組織分析33-39
• 2.5.2 擴散界面處成分分析39-40
• 2.6 本章小結40-41
• 第三章 強磁場對鎂在鋁鎂合金中互擴散系數(shù)的影響41-48
• 3.1 前言41
• 3.2 互擴散系數(shù)求解思路41-43
• 3.3 計算結果43-44
• 3.4 理論解釋44-47
• 3.4.1 等離子體動力學理論44-46
• 3.4.2 磁致電阻理論結合雙極性擴散46-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第四章 脈沖強磁場驅動鈦合金擴散連接48-61
• 4.1 前言48
• 4.2 強磁場驅動擴散連接實驗48-49
• 4.3 實驗結果及分析49-60
• 4.3.1 擴散連接界面組織分析49-51
• 4.3.2 擴散連接接頭性能評價51-56
• 4.3.3 擴散連接界面元素分布規(guī)律研究56-60
• 4.4 本章小結60-61
• 第五章 結論61-63
• 參考文獻63-66
• 致謝66-68
• 攻讀碩士學位期間已發(fā)表或錄用的論文68-70

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