Формирование диффузионной зоны сварных соединений пористого сплава алюминия с монолитным сплавом магния при химической активации галлием

Abstract

В рамках отработки технологической задачи — получение сверхлегких сварных конструкций из пористых алюминиевых сплавов системы Al–Mg–Zn с монолитными магниевыми сплавами (стандартный сплав МЛ4 системы Mg–Al–Zn и экспериментальный сплав системы Mg–Ga) проведено комплексное исследование механических и физических свойств диффузионной зоны полученных соединений с целью оценки влияния на них цикла нагрева, характерного для разных видов сварки. Сварку проводили двумя способами с максимальной температурой нагрева до 300 °С: диффузионную сварку, сопровождающуюся длительным циклом нагрева в вакууме, и сварку проходящим током на воздухе, для которой характерен кратковременный цикл нагрева. Для формирования сплошного соединения и активации диффузии использовали галлий. Установлено, что на стороне пористого алюминия формируется диффузионная зона шириной около 10 мкм с незначительным снижением микромеханических свойств в стенках пор, что типично для алюминиевых сплавов при контакте с галлием. В магниевых сплавах, при обоих способах сварки, вдоль линии соединения формируется обширная (60...100 мкм) волнистая интерметаллидно-упрочненная диффузионная зона, преимущественно состава Mg₅Ga₂ с температурой плавления 456 °С, что выше температуры сварки. Таким образом, показана возможность соединения пористых сплавов с монолитными при незначительном их нагреве и химической активации зоны соединения галлием.

В рамках відпрацювання технологічного завдання — отримання надлегких зварних конструкцій з пористих алюмінієвих сплавів системи Al–Mg–Zn з монолітними магнієвими сплавами (стандартний сплав МЛ4 системи Mg–Al–Zn і експериментальний сплав системи Mg–Ga) проведено комплексне дослідження механічних та фізичних властивостей дифузійної зони отриманих з’єднань, з метою оцінки впливу на них циклу нагрівання, характерного для різних видів зварювання. Зварювання проводили двома способами з максимальною температурою нагрівання до 300 °С: дифузійне зварювання, що супроводжується тривалим циклом нагрівання у вакуумі, і зварювання прохідним струмом на повітрі, для якого характерний короткочасний цикл нагрівання. Для формування суцільного з’єднання і активації дифузії використовували галій. Встановлено, що на стороні пористого алюмінію формується дифузійна зона шириною близько 10 мкм з незначним зниженням мікромеханічних властивостей в стінках пор, що є типовим для алюмінієвих сплавів при контакті з галієм. У магнієвих сплавах, при обох способах зварювання, уздовж лінії з’єднання формується велика (60...100 мкм) хвиляста інтерметалідно-зміцнена дифузійна зона, переважно складу Mg₅Ga₂ з температурою плавлення 456 °С, що вище температури зварювання. Таким чином, показана можливість з’єднання пористих сплавів з монолітними при незначному їх нагріванні та хімічної активації зони з’єднання галієм.

Comprehensive investigation of mechanical and physical properties of diffusion zone of the produced joints was performed as part of fulfillment of the technological task, namely producing superlight welded structures from porous aluminium alloys of Al–Mg–Zn system and monolithic magnesium alloys (ML4 standard alloy of Mg–Al–Zn system and experimental alloys of Mg–Ga system). The objective of the study was evaluation of the influence of heating cycle, characteristic for different welding processes, on the joints. Welding was performed by two methods with maximum heating temperature up to 300 °C: diffusion welding with long-term cycle of heating in vacuum, and welding with heating by passing current in air, which is characterized by short heating cycle. Gallium was used for forming a monolithic joint and diffusion activation. It is found that a diffusion zone about 10 mm wide forms on porous aluminium side, with slight lowering of micromechanical properties in pore walls, that is typical for aluminium alloys at contact with gallium. In magnesium alloys, an extended (60–100 mm) wavy intermetallic-strengthened diffusion zone forms along the joint line in both the welding processes, mostly of Mg₅Ga₂ composition with melting temperature of 456 °C that is higher than the welding temperature. Thus, the possibility of joining porous alloys to monolithic ones is shown at their slight heating and chemical activation of the joint zone by gallium.