研究目的
采用同轴送粉Al–10Si–Mg激光熔覆沉积增材方法,在接头厚度方向钎焊界面获得具有合理厚度均匀金属间化合物(IMC)层的Ti/Al对接接头。
研究成果
采用同轴送粉的激光熔积层增材方法成功制备出高质量的钛/铝对接接头。具有七层沉积层的接头呈现出最均匀连续的锯齿状金属间化合物层,其最大厚度差约为0.12微米,从而获得了240兆帕的最高抗拉强度(达到铝基材强度的80%)。该金属间化合物层由纳米级颗粒状Ti7Al5Si12相和锯齿状Ti(Al,Si)3相组成。其他接头因存在气孔和金属间化合物不足等缺陷导致强度降低。该方法提升了界面结合性能与力学特性,在航空航天和汽车工业领域具有应用潜力。
研究不足
该研究仅限于特定基础金属(6061-T6铝合金和Ti-6Al-4V钛合金)及填充粉末(Al–10Si–Mg)。工艺参数(如激光功率、扫描速度)可能未针对所有潜在应用进行优化,且该方法需要精确控制沉积层厚度与环境条件(氩气氛围)。若参数设置不当,可能出现气孔和咬边等缺陷,影响接头强度。金属间化合物层的均匀性对沉积层数量敏感,工业规?;τ每赡苄枰徊接呕?。
1:实验设计与方法选择:
采用同轴送粉系统进行激光焊接-钎焊,通过改变Al-10Si-Mg粉末堆层数量(1、5、7、10层)研究其对接头质量的影响。该方法用于控制界面反应并改善金属间化合物层的均匀性。
2:10层)研究其对接头质量的影响。该方法用于控制界面反应并改善金属间化合物层的均匀性。 样品选择与数据来源:
2. 样品选择与数据来源:基材为6061-T6铝合金和Ti-6Al-4V合金,尺寸为100 mm×45 mm×2 mm。使用直径45-100 μm的球形Al-10Si-Mg粉末作为填充材料。样品制备了坡口并清洁以去除污染物。
3:实验设备与材料清单:
设备包括5.0 kW光纤激光器(IPG YLR-5000)、同轴送粉喷嘴(Fraunhofer ILT)、双GTV送粉器、氩气室、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、聚焦离子束(FIB)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验机(AG-X Plus)。材料包括Nocolok助焊剂(KAlF4和K3AlF6共晶物)、丙酮、NaOH、HNO3、HF和Keller试剂。
4:0 kW光纤激光器(IPG YLR-5000)、同轴送粉喷嘴(Fraunhofer ILT)、双GTV送粉器、氩气室、光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、聚焦离子束(FIB)、透射电子显微镜(TEM)和拉伸试验机(AG-X Plus)。材料包括Nocolok助焊剂(KAlF4和K3AlF6共晶物)、丙酮、NaOH、HNOHF和Keller试剂。 实验步骤与操作流程:
4. 实验步骤与操作流程:在钛和铝侧加工坡口,清洁表面,施加助焊剂,在氩气氛围中按照表3参数(激光功率、扫描速度、送粉速率及堆层数)进行焊接。制备横截面,抛光、腐蚀后采用OM、SEM、EDS、FIB和TEM分析。室温下以1 mm/min加载速率进行拉伸测试。
5:数据分析方法:
采用SEM和EDS分析微观结构与化学成分,Image-pro软件测量金属间化合物厚度,评估拉伸强度与断裂行为,每种条件测试三个样品以保证统计准确性。
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fiber laser
YLR-5000
IPG
Used for laser welding-brazing to provide energy for melting and joining materials.
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coaxial powder nozzle
Fraunhofer ILT
Used for feeding Al–10Si–Mg powders coaxially during the welding process.
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powder feeder
GTV
Used to feed the Al–10Si–Mg powders during the deposition process.
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optical microscopy
Used to observe the macrostructure of the joints.
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scanning electron microscopy
Used to observe microstructures and chemical compositions.
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energy-dispersive spectrometry
Used to determine chemical compositions in the fusion zone and IMC layer.
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focused ion beam
Used to prepare samples for TEM analysis by cutting selected regions.
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transmission electron microscopy
Used to confirm the phases of the intermetallic compounds.
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tensile testing machine
AG-X Plus
Used to test the tensile strength of the joints at room temperature.
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