【摘 要】
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采用摩擦搅拌焊（FSW）焊接6061-T6铝合金（Al）和AZ31B镁合金（Mg）板材。借助光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射分析仪（XRD）分析了异质焊缝的微观组织、元素分布和物相组成;使用显微硬度仪研究了异质焊缝及母材的硬度分布规律;利用电化学工作站测试了异质焊缝各区与母材的开路电位、自腐蚀电位,自腐蚀电流密度及阻抗值;采用浸泡腐蚀试验法研究了焊缝各区与母材的
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采用摩擦搅拌焊（FSW）焊接6061-T6铝合金（Al）和AZ31B镁合金（Mg）板材。借助光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）及X射线衍射分析仪（XRD）分析了异质焊缝的微观组织、元素分布和物相组成;使用显微硬度仪研究了异质焊缝及母材的硬度分布规律;利用电化学工作站测试了异质焊缝各区与母材的开路电位、自腐蚀电位,自腐蚀电流密度及阻抗值;采用浸泡腐蚀试验法研究了焊缝各区与母材的腐蚀行为,并借助SEM和EDS对焊缝各区及母材的腐蚀形貌与腐蚀产物进行了分析;对比分析了焊缝各区及母材的耐蚀性能差异及原因。主要研究结果如下:1、观察分析了Mg/Al异质FSW焊缝不同区域的组织形貌。异质焊缝根据组织特征的不同可以分为以下几个区域:镁侧热影响区（HAZ）及热力影响区（TMAZ）、焊核区（NZ）、铝侧热力影响区及热影响区。焊缝热影响区在焊接过程中受到热的作用,镁侧热影响区晶粒相对镁母材发生再结晶细化,而铝侧热影响区晶粒相对铝母材发生长大;焊缝热力影响区在热作用的基础上还受到了力的作用,镁侧热力影响区晶粒尺寸相对于镁侧热影响区发生进一步细化,铝侧热力影响区晶粒从热影响区到焊核区逐渐细化;核区还可进一步划分为焊核铝侧与焊核镁侧,焊核铝侧组织较均匀,而焊核镁侧形成了异质相间的不均匀带状组织特征,焊核区晶粒尺寸相对热力影响区发生了进一步细化。EDS测试表明焊核镁侧大部分区域的组织成分为:α（Mg）+Al12Mg17,只有个别区域组织为Al3Mg2+Al12Mg17;而焊核铝侧只有α（Al）组织存在。XRD测试证明了焊缝中金属间化合物（IMC）相Al3Mg2和Al12Mg17的产生。也是由于在焊核镁侧中存在有IMC相,焊核镁侧的硬度分布明显高于两侧母材的硬度。2、对比分析了不同焊速下Mg/Al异质合金FSW焊缝不同区域的结构特征。随着焊速的降低,镁侧及铝侧热影响区的晶粒都发生了长大;镁侧热力影响区晶粒尺寸并没有发生明显改变;而在焊核镁侧则观察到了更多的铝带。焊接速度减小引起的焊接热输入增大导致焊缝两侧热影响区的晶粒细化;而焊速减小也会引起搅拌头的搅拌作用增强,导致焊核铝侧较多的铝合金被搅到镁侧;在受热长大与破碎细化的双重作用下,镁侧热力影响区晶粒尺寸并没有随着焊速减小发生明显改变。EDS成分测试与XRD物相测试显示了焊核区Mg/Al交界面上形成了一层由Al3Mg2+Al12Mg17组成的IMC层,且IMC的厚度在Mg/Al交界面不同部位的大小分布为中部最大,上部次之,下部最小;随着焊速的减小,焊接热输入增大,Mg/Al交界面上的IMC的厚度逐渐增大。3、测定分析了Mg/Al异质FSW焊缝不同区域及母材的电化学性能,并对比分析了不同焊速下焊缝各区及母材的电化学性能变化趋势。对动电位极化曲线测试结果表明焊缝各区及母材的腐蚀速率为:Al/NZ交界区<Al母材<NZ<Mg母材<Mg/NZ交界区;阻抗谱测试结果表明,焊缝各区及母材的阻抗值大小分布为,Al/NZ交界区>Al母材>Mg母材>Mg/NZ交界区>NZ。随着焊速的降低,焊缝镁侧存在有更多的Al合金和IMC,焊核区的耐蚀性能逐渐增强,Mg/NZ交界区的耐蚀性能逐渐减弱,而Al/NZ交界区由于在中、高焊速下发生了钝化,耐蚀性能先增强后减弱。4、测定分析了Mg/Al异质FSW焊缝不同区域及母材的浸泡腐蚀行为差异,并对比分析了焊缝各区及母材耐蚀性能的优劣程度。浸泡腐蚀结果表明焊缝各区及母材的耐蚀性能优劣分布为,浸泡1h前,镁侧热影响区>焊核铝侧>铝母材≈铝侧热影响区>焊核镁侧>镁母材;浸泡1h后（包括1h）,焊核铝侧>铝母材≈铝侧热影响区>焊核镁侧>镁侧热影响区>镁母材。EDS分析表明焊缝各区腐蚀产物主要为氧化镁（Mg O）/氢氧化镁（Mg（OH）2）及氧化铝（Al2O3）/氢氧化铝（Al（OH）3）。5、分析了Mg/Al异质FSW焊缝不同区域及母材的耐蚀机理。由于焊缝中焊核区的晶粒尺寸小于母材区,因此焊核镁侧的耐蚀性相对于镁母材得到提高,镁母材的耐蚀性最差;相对于镁母材,镁侧热影响区的晶粒尺寸发生细化,其耐蚀性好于镁母材,但却低于焊核镁侧,然而在浸泡腐蚀前期,镁侧热影响区由于受到了镁母材的保护,其腐蚀程度在焊缝所有区域中表现为最轻。由于铝母材与铝侧热影响区在焊缝的浸泡腐蚀中处于阴极的位置,相对于镁母材与焊核镁侧,铝母材与铝侧热影响区的腐蚀程度较轻,因此在浸泡腐蚀期间未表现出明显的差异,由于焊核铝侧的晶粒相对铝母材发生了细化,在浸泡腐蚀期间会发生钝化,相对于铝母材,其耐蚀性得到提高。
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