铝锂合金不仅具有低密度、高比强度和高比刚度等优点,还兼具低疲劳裂纹扩展速率和良好的成形性能,被认为是航空航天领域理想的轻量化材料。扩散连接/超塑成形工艺(Diffusion bonding/superplastic forming,简称 DB/SPF)可以获得高精度复杂构件,在降低结构重量、提高结构完整性和承载效率等方面具有独到优势。发展铝锂合金的DB/SPF工艺,可以进一步发挥材料特点和工艺优势,制造出结构复杂的轻量化整体构件,在航空航天领域有着广阔的应用前景。然而,由于铝锂合金的固有活性,导致其表面极易生成致密稳定的氧化膜,严重影响了扩散连接质量,成为制约其DB/SPF技术发展的瓶颈。本文以1420铝锂合金为主要研究对象,研究了连接工艺参数、中间层添加、合金元素扩散以及界面反应等因素对界面焊合率、组织稳定性、接头强度和断裂方式的影响规律及作用机理,分析了界面反应对铝锂合金界面氧化膜的改性机理,揭示了合金元素扩散对界面组织和接头性能的影响,并开展了 1420铝锂合金与7B04铝合金的DB/SPF工艺探索。主要结论如下:提高连接温度、增大连接压力和延长连接时间均可以显著提高1420铝锂合金扩散连接的界面焊合率和接头力学性能。在连接温度为520℃,压力为6MPa,保温90 min的参数下即可获得完整的扩散连接接头,界面附近母材组织稳定,接头强度可达185.2 MPa,约为1420铝锂合金母材强度的90%。剪切断口形貌中可观察到明显的形变韧窝和剪切撕裂棱,这表明当前断裂方式是以韧性断裂为主导的混合断裂。在此基础上,进一步提高扩散连接温度、压力以及时间参数,会导致母材出现较大塑性变形或者晶粒长大等现象,但不会对接头强度及断裂机制产生明显影响。纯铝中间层可以有效提高1420铝锂合金扩散连接的界面连接质量。在扩散连接初期,纯铝中间层良好的塑性可以有效增加待连接界面之间的物理接触面积,同时中间层与铝锂合金之间的合金元素扩散会进一步提高界面焊合率。研究表明:添加纯铝中间层在520℃-6 MPa-60 min的参数下即可获得完整无缺陷的扩散连接接头,接头剪切强度为148.2 MPa,约为1420铝锂合金母材强度的72%,与相同参数下1420铝锂合金直接扩散连接相比,其接头强度的降低主要是由于扩散连接过程未能使纯铝中间层与铝锂合金基体完全“融合”,较低强度的纯铝中间层影响了接头的强度。合金元素扩散和界面反应可以显著提高1420铝锂合金与7B04铝合金的扩散连接界面组织和接头性能。随着连接温度升高,接头区域合金元素镁和锌的互扩散距离明显增加;同时接头区域晶粒内部出现了晶态氧化物(Al2Mg04)。这是由于合金元素的扩散系数随温度升高而增加,增加了跨越界面的合金元素扩散通量:这一方面促进了镁与氧化膜之间的界面反应,使界面氧化膜转化为晶态氧化物溶解到母材晶粒内部,降低了其对合金原子扩散的阻碍;另一方面提高的合金元素扩散通量可以加速界面孔洞闭合,进而提高扩散连接质量。1420铝锂合金与7B04铝合金在温度为460-490℃(6 MPa-60 min)扩散连接时,合金元素在界面上偏聚形成尺寸在2-10μm的AlZnMgCu四元合金相,导致连接接头在剪切过程中发生脆性断裂。当扩散连接参数为520℃-6 MPa-60 min时,可获得完整无明显缺陷的接头,未出现界面合金相,界面两侧母材组织稳定,接头剪切强度为190 MPa,达到1420铝锂合金母材强度的92%;其剪切断口包含韧窝和剪切撕裂棱,断裂方式是以韧性断裂为主导的混合断裂。开展以1420铝锂合金为基板、7B04铝合金为成形板材的DB/SPF实验,结果表明:7B04铝合金在520℃和3×10-4 s-1变形条件下,获得了最佳超塑性,延伸率为1 105%,该温度下应变速率敏感性指数m为0.57。基于ABAQUS软件蠕变成形模块对7B04铝合金的超塑成形过程进行模拟,确定成形工艺参数,在一个热循环内完成了 1420铝锂合金和7B04铝合金的DB/SPF实验,实验构件与模具贴合良好,成形区域壁厚分布均匀,扩散连接区域界面质量良好。