·140 北京科技大学学报 2006年第2期 这样就保证了Al-Si合金粉和活性剂的最佳比 3结果和讨论 值，从而完全发挥中间层介质的最佳活性与润 湿性 3.1不锈钢-铝合金结合界面区微观组织观察 和元素扩散情况分析 图2所示为复合后的钢铝蜂窝板结合界面的 扫描电镜组织形貌.可以看出，中间层介质熔解 并和基体发生互扩散后，钢和铝之间形成了较为 致密的连接.图2(a)是中间层介质与不锈钢基体 结合界面处的组织，左边是中间层介质，右边是钢 基体，可以看出结合界面的界线比较模糊，说明 600un 中间层介质与钢基体发生了原子的互扩散.图2 (b)是中间层介质与铝合金基体结合界面处的组 图1中间层介质形貌 织，左边是铝基体，右边是中间层介质，界面变得 Fig.1 Scanning electron mlcrograph (SEM)of powder inter- 较为模糊，界面结合区域没有气孔、夹杂和裂纹等 layer metal 缺陷，说明中间层金属与铝基体已经发生了晶间 互溶 (b) 图2钢铝蜂窝夹芯板界面结合区城形貌(S3M).(a)304奥氏体不锈钢和中向层介质结合界面：(b】3003防锈铝合金和中间层介 质结合界面 Flg.2 Microstructure of Al alloy 3003/SUS304 honeycomb plate bonded interface (SEM):(a)bonded interface of SUS304/Interlayer; (b)bonded interface of interlayer/Al 3003 通过SEM观察和EPMA成分分析，界面区 合金一润湿基板，铝基板就开始迅速熔解，中间层 组织主要由Al-Si固溶体、AI-Si共晶相和少量 金属中的铝和硅元素会向基板纵深处发生晶间渗 的Fe一Si-Al金属间化合物组成.在图2(b)铝 透.而中间层金属熔化时，铝基板也向熔态中间 合金和中间层结合界面区可以观察到在团状的黑 层中部分熔解，形成A-Si共晶组织.冷凝时，熔 色基体上生长着一些白色组织，EMPA能谱分析 态金属中的过剩相(AI)即沿着铝基体的某些晶粒 显示这些白色组织的主要成分是S,较细的白色 为晶核结晶长大，表现为界面区靠铝基板的一侧 带状晶体是共晶Si,黑色的基体是a-A1(Si)固溶 呈凸凹不平的峰峦状，由图2(b)可见.另外，在不 体相，这是因为中间层A1-Si共晶合金的组织是 锈钢和中间层结合界面区进行的EMPA能谱分 a(A1)固溶体和硅形成的共晶，577℃时，Si元素 析表明此处组织主要成分是Fe,Si和Al,这是因 在固溶体中的最大溶解度是1.65%[14].冷凝阶 为扩散连接温度达到615℃时，钢基体中的铁迅 段先从铝基体表面开始结晶，a(AI)固溶体首先从 速向中间层介质A1-Si合金中溶解，达到一定浓 结合界面区分离出来，再从初晶Si和共晶Si中分 度后，冷凝时，首先在界面上析出部分Fe一Si一Al 离出来，共晶组织最后才凝固，因此在界面区可 金属间化合物 以发现一层参差不齐地向界面中心生长的硅在铝 液相扩散连接过程中，基体和中间层介质各 中的固溶体，固溶体组织具有良好的强度和塑 元素的扩散是导致界面间形成治金结合和不同多 性，对界面结合性能是有利的，同时，熔态的铝硅 相组织逐渐形成的主要原因.为定量分析界面结北 京 科 技 大 学 学 报 2 0 0 6 年 第 2 期 这样就 保证 了 iA 一 iS 合金粉 和 活 性剂 的 最 佳 比 值 , 从 而 完 全 发挥 中 间 层 介质 的 最 佳 活 性 与 润 湿性 . 图 1 F lg . l S ca n ” i嗯 e leC t伽 l a y er m e t a l 中间层介质形貌 m i c r 侧罗, Ph 《 S EM ) o f 卯 w d e r i nt e r · 3 结果和讨论 3 . 1 不锈钢 一铝 合金 结合界面 区 微观组 织观察 和元素扩散情况分析 图 2 所示 为复合后 的钢铝 蜂窝板结合界面的 扫 描 电镜组织形 貌 . 可以看 出 , 中间层 介质熔解 并和 基体发生互 扩 散后 , 钢和 铝 之 间形 成了较为 致密的连接 . 图 2 ( a )是中间层介质与不锈钢基体 结合界 面处的组 织 , 左边是中间层介质 , 右边 是钢 基 体 . 可 以 看出结合界 面 的界线 比较模糊 , 说 明 中间层介质与钢基体发 生 了原 子 的互 扩散 . 图 2 ( b) 是 中间层介质与铝 合金基 体结合界 面 处 的组 织 , 左边 是 铝基体 , 右边 是 中间层 介质 , 界 面变得 较为模糊 , 界面结合区域没有气孔 、 夹 杂和裂纹等 缺陷 , 说明中间 层金 属 与铝 基 体已 经 发生 了晶间 互 溶 . 图 2 铜铝蜂窝夹芯板界面结合区城形貌 ( s E M 〕 . 《a) 3 04 奥氏体不锈钢和中间层介质结合界面 ; ( h) 3 0 03 防锐铝合盘和 中间层介 质结合界面 F l g . 2 M l e r OS t r u c t uer o f 月 日l叮 3 00 3 / s U 3S 0 4 h oen y co m b p lat e bo . d el iut er “ ce 《S EM ) : 《 a ! b o n d ed i n t e 州恤ce of S U 3S 0 4 / I n et lr a ,er ; ( b ) ob dn 曰 I n t e南 ce o r 一n et r l a y e r / ^ 1 3 0 0 3 通 过 SE M 观察和 E P M A 成分 分 析 , 界 面 区 组织 主 要 由 iA 一 iS 固溶 体 、 川 一 iS 共晶相 和 少 量 的 F e 一iS 一 lA 金属 间 化合物组 成 . 在 图 2 ( b) 铝 合金 和中间层结合界面 区可以观 察到在 团状 的黑 色基 体上生 长着 一 些 白色组 织 , E M P A 能谱分析 显示这 些 白色 组织 的主要 成分是 iS , 较细 的 白色 带状 晶体是共晶 iS , 黑色 的基 体是 a 一 lA ( iS ) 固溶 体相 . 这是因为中间层 iA 一iS 共晶合金 的组 织是 a( iA ) 固溶体和硅 形成的共 晶 , 5 7 ℃ 时 , iS 元素 在固溶体 中的 最大溶解度是 1 . 65 % 〔’ 4〕 . 冷凝 阶 段先从铝 基体表 面开 始结晶 , a( 川 ) 固溶体首先从 结合界 面区 分离 出来 , 再从初 晶 is 和共 晶 is 中分 离 出来 , 共晶组 织 最后 才凝固 . 因 此在界 面 区可 以发 现一层参差不齐地 向界 面 中心生长 的硅在铝 中的 固溶体 . 固溶体组 织 具 有 良好 的强 度和 塑 性 , 对 界面结合性能是 有利 的 . 同时 , 熔态 的铝硅 合金一 润湿基板 , 铝基 板就开 始迅速熔 解 , 中 间层 金属 中的铝和硅 元素会 向基 板纵深处发生晶 间渗 透 . 而 中间 层金 属 熔化时 , 铝 基板 也 向熔 态 中间 层 中部分熔解 , 形 成 lA 一 iS 共晶组 织 . 冷凝时 , 熔 态金属 中的过剩相 ( lA )即沿着铝基 体的某些 晶粒 为晶核结晶长大 , 表现 为 界面 区 靠铝 基板的一 侧 呈 凸凹 不 平的峰峦状 , 由图 2( b) 可见 . 另外 , 在不 锈钢和 中间层 结合界面 区进 行的 E M P A 能谱分 析表明此 处组织 主要成分是 F e , is 和 iA . 这是 因 为扩散 连接 温度达 到 6巧 ℃ 时 , 钢基体 中 的铁 迅 速 向中间层介质 lA 一 iS 合金 中溶解 , 达到 一定 浓 度后 , 冷凝时 , 首先 在界面 上析 出部分 F一iS 一lA 金属 间化合物 . 液相扩散连接过 程 中 , 基体和 中间 层 介质 各 元 素的扩散 是导致 界面 间形成冶金结合和 不同多 相组 织逐渐形成 的主要原 因 . 为 定量 分析 界面 结