Vol.28 No.2 李红等：不锈钢-铝蜂窝夹芯板的液相扩散连接 ·141· 合区域元素的扩散和分布情况，采用能谱分析方 做出中间层介质和不锈钢结合界面区、中间层介 法，在图2(a)和(b)的界面区从左至右分别选取5 质和铝合金结合界面区Al,Si,Fe,Cr等元素的扩 个点进行研究.根据对1~5点的能谱分析分别 散曲线，如图3(a)和(b)所示. 80(a 100 90 (b) --Al 70 -=A1 --Si -0-Si 380 w-Cr 每60 0- -Cr 每70 -Fe -Fc 60 ◆Ni 界面区 50 铝基体 不锈钢基体 界面区 盆40 20 30 20 10 6 10 0864 -202 4 6 00 -20 -10 0 1020 30 距离μm 距离m 图3钢铝蜂窝夹芯板界面结合区元素质量分数分布.(a)304不锈钢/中间层结合区：(b)中间层/铝合金3003结合区 Fig.3 Calculated element distribution curves of Al alloy 3003/SUS304 bonded interface:(a)bonded zone of SUS304/interlayer;(b) bonded zone of interlayer/Al 3003 从图3(a)可以看出，在中间层和不锈钢的结 89,在MTS-810试验机上进行界面剪切强度测 合界面区域，靠近界面区域的中间层侧的1点和 试.从图5可以看出不同保温时间对剪切强度的 2点的主要成分除Al和Si外，还出现了较多的 影响，保温3min,5min和l0min的界面剪切强度 Fe和少量的Cr,Ni元素，这几种元素是中间层介 切割部位 质中不存在的，说明不锈钢基体向中间层发生了 切制部位 明显的扩散.不锈钢侧3,4,5点的主要成分是 Fe,Cr,Ni和Mn,但也出现了少量的Al、Si元素， 中间层 这是A1-Si共晶合金中的Al和Si元素从中间层 向不锈钢基体扩散的结果.不锈钢基体和中间层 金属间发生了元素的互扩散，导致富铝的中间层 介质和不锈钢的结合界面区会出现少量Fe一 图4剪切试样 Si一A1金属间化合物.图3(b)中，铝合金基体区 Fig.4 Shearing sample 域1点和2点的主要成分是A和少量的Si,但同 时出现了少量的Fe和Cr元素，这两种元素是铝 基体中不存在的，说明不锈钢基体中部分Fe元素 35 和Cr元素穿越了中间层扩散到铝基体中，中间 5 层3,4,5点的主要成分是铝和硅，沿界面向右靠 20 近钢基体A的含量逐渐减少，Fe的含量逐渐增 15 密10 多.Al,Si,Fe和Cr原子均沿结合界面发生了不 5 同程度的扩散，这一过程也是不锈钢和铝合金两 7 7 710 种基体原子相互扩散和交换电子，形成金属键连 保温时间min 接的过程.随着原子的进一步靠近，原子相互间 图5保温时间和剪切强度的关系 的引力和斥力大小相等，原子间相互作用力为零， F1g.5 Variation in shear strength of interface with holding time 此时自由电子成为共有，与基体晶格点阵的金属 离子相互作用形成金属键，使不锈钢和铝合金间 都低于保温7min的，保温7min可以达到较高的 形成冶金结合5].同时，在原子的扩散迁移过程 剪切强度，最高为37.3MPa,平均剪切强度达 中，不同多相组织如Al-Si固溶体、A】-Si共晶相 30.5MPa.断裂均发生在钢和中间层结合界面 和Fe-Al金属间化合物逐渐形成 上，证明铝和中间层的结合强度比不锈钢和中间 3,2界面结合强度实验结果 层的结合强度高，结合强度主要由铝合金和中间 如图4加工剪切试样，根据标准GB11363一 层的结合强度决定，不锈钢和中间层铝元素形成V o l . 2 8 N o . 2 李红等 : 不锈钢一 铝蜂窝夹芯板 的液相扩散连 接 合区域 元素的扩散和分 布情况 , 采 用 能谱分 析 方 法 , 在图 2 ( a) 和 ( b) 的界面 区从左 至右分 别选取 5 个 点进 行研究 . 根据 对 1 一 5 点的 能谱分析分别 做 出中间层介 质和 不锈 钢 结合界 面 区 、 中间层 介 质和铝 合金结 合界面 区 iA , iS , F e , C r 等元 素的扩 散 曲线 , 如 图 3 ( a) 和 ( b) 所示 . 100 尸 es 一 - - , 甲` 二二二二二二二丁一一- , 尸- 一一 ~ A l ~ 5 1 ~ C r 一 , ~ F e a()卜 `Lse卜esL n0 八O,沙 6 5 0 4 0 界 面区 铝基体 7 3 0 U。 2 0 不锈钢基体 一 讨 一一 创 象余酬唱名般长芝 , “ r 0 七 一 巧 一 2 0 2 距离 /卿 4 6 8 一 2 0 一 1 0 0 距离 /林m 10 20 3 0 ; l 90780654032100 卜匕30| 一 彭卞妈名报途喇嘿 图 3 钢铝蜂窝夹芯板界面结合区元紊质 t 分数分布 . 《a) 3 04 不锈铜 / 中间层结合区 ; ( b ) 中间层 /铝合金 3 0 03 结合区 n g . 3 ca 一园 a t曰 el e衅 n t 山 s t d b u ti on e vuesr o r ^ l 日 loy 3 0 0 3 / s u 犯 0 4 bo . d曰 int e r af eC : ( a ) 加. d de oz ue of s U3S 0 4 / i ent lr ’ae r ; ( b ) bo dn de ouz e o f i n t e lr a y e r/ A I 30 03 加4035021510 侧称己连烈易 从 图 3( a )可以看出 , 在中间层 和 不锈钢的结 合界面 区域 , 靠近 界 面 区域 的 中间 层侧 的 1 点和 2 点 的 主要 成 分除 lA 和 iS 外 , 还 出 现 了较 多 的 eF 和少量 的 rC , iN 元素 , 这 几种元素是中间层介 质中不存在的 , 说 明不锈钢基体 向中间层 发 生 了 明显 的扩散 . 不 锈钢侧 3 , 4 , 5 点的 主 要 成分是 F e , Cr , iN 和 M n , 但也 出现 了少量 的 iA 、 iS 元 素 , 这是 iA 一iS 共晶合金 中的 lA 和 iS 元 素从中间层 向不锈钢基体扩散的结果 . 不锈钢基 体和 中间层 金属 间发生 了元 素的互 扩散 , 导 致富铝 的中间层 介质和 不 锈 钢 的结 合界 面 区 会 出 现 少 量 F e一 iS 一月 金属 间化合物 . 图 3 ( b) 中 , 铝 合金基 体区 域 1 点和 2 点的主要成 分是 lA 和少 量的 iS , 但同 时出现了少量 的 F e 和 C r 元素 , 这 两 种元素是铝 基体中不存 在的 , 说明不锈钢基体中部 分 F e 元素 和 C r 元素穿 越 了 中间层 扩散 到 铝 基体中 . 中 间 层 3 , 4 , 5 点 的主要 成分是铝 和 硅 , 沿 界面 向右靠 近钢基体 iA 的含 量逐渐减 少 , eF 的含量逐渐增 多 、 lA , iS , F e 和 C r 原子 均 沿结 合界 面发 生 了 不 同程度的扩散 , 这一过 程 也是不锈钢和 铝合金 两 种基体原子相互扩散和 交换 电子 , 形 成 金 属键连 接的过 程 . 随着原子 的 进一 步 靠近 , 原 子 相互 间 的引力和 斥力大 小相等 , 原子 间相互 作用力 为零 , 此时 自由电子 成为共有 , 与基体 晶格 点阵 的金属 离子相互 作用 形成 金属 键 , 使 不锈 钢和铝 合金 间 形成 冶金结合〔` 5〕 . 同时 , 在 原 子 的扩散迁 移过 程 中 , 不 同多相 组织 如 iA 一 iS 固溶体 、 iA 一 iS 共 晶相 和 F e 一川 金属 间化合物逐渐 形成 . 3 . 2 界面结合 强度实验 结果 如图 4 加工 剪切试样 , 根 据 标准 G B l l 3 6 3一 89 , 在 M T S 一 81 0 试验机上 进 行界 面 剪切 强度 测 试 . 从 图 5 可 以 看出不 同保温 时 间对 剪切强 度的 影 响 , 保温 3 m i n , s m i n 和 i o m i n 的界面 剪切强 度 图 4 剪切试样 n g . 4 s 恤盯百ug s am P l e 二 / 一 \ 图 5 V 盯i a t i o n 保温时间 m/ in 保沮时 间和剪切强度的关系 F ig . 5 ti 幻口e i n s let ar s t er n g t h o r i n t e r fa eC 川t卜 七川d i n g 都低于保温 7 m in 的 , 保温 7 m in 可以达到 较高的 剪切 强 度 , 最 高 为 37 . 3 M aP , 平 均 剪 切 强 度达 3 0 . 5 M P a . 断 裂 均 发生 在钢和 中间层 结合界 面 上 , 证明铝和 中间层 的结合强度 比不锈钢和 中间 层 的结合强 度高 , 结合强 度主要 由铝合金 和 中间 层 的结合强 度决定 , 不锈钢和 中间层铝 元 素形成