近日，材料科学与工程学院武传松教授课题组在铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接结合界面演变行为研究方面取得新进展，相关研究成果以“Evolution of microstructures and intermetallic compounds at bonding interface in friction stir welding of dissimilar Al/Mg alloys with/without ultrasonic assistance”为题，发表于材料科学领域国际顶级期刊Journal of Materials Science and Technology（简写JMST）。材料学院博士研究生赵俊杰为该文第一作者，武传松教授为通讯作者，山东大学为唯一完成单位。
用于透射电镜表征的取样位置示意图
铝合金与镁合金在轻量化运载器具制造中的混合应用，既能充分利用这两种轻质材料各自的优点，又能满足经济社会发展对节能减排越来越严格的要求。由于铝合金和镁合金的晶体结构和物理化学性能存在很大的差异，实现铝/镁异质合金高质量焊接是一个挑战。武传松教授课题组研发了超声振动强化搅拌摩擦焊接新工艺（UVeFSW），实现了铝合金和镁合金的高质量固相连接。利用“急停”+液氮冷却技术获得了匙孔周围的试样；对结合界面材料在围绕搅拌针塑性流动过程中Al/Mg结合界面的微观结构和金属间化合物（IMCs）的演变过程进行了深入的表征和分析，探讨了超声振动在整个过程中的作用机理。
UVeFSW接头结合界面位置D3的透射电镜和能谱检测结果
研究结果表明，铝/镁异质合金搅拌摩擦焊接过程中，Al/Mg材料发生机械锁合，并在界面或其附近形成细小的条带。这些条带与周围的基体反应形成IMCs并实现冶金结合。在界面材料在后退侧围绕搅拌针塑性流动过程中，Al/Mg界面为复杂的多层结构（IMC+Mg+IMC+Al）。当材料在搅拌头后方沉积之后，界面变为具有两个亚层（β+γ）的IMCs层，其厚度约为（220+170）nm。施加超声振动时，上述多层界面结构仅出现在材料围绕搅拌针流动的中间阶段；当材料在搅拌针后侧开始沉积时，两个亚层（β+γ）的IMCs厚度约为（125+155）nm。这表明在材料开始沉积的位置，超声振动对IMCs生成和长大发挥了抑制作用。结合超声振动对焊核区晶粒组织演变、铝合金基体中沉淀相的演变和位错密度的影响，揭示了超声振动抑制IMCs长大的机理。研究结果为优化铝/镁异质合金UVeFSW工艺参数和实现接头组织与性能的调控提供了理论依据与技术支撑。
JMST是中科院分区的一区TOP期刊，在全球79种冶金科学与工程SCI收录期刊中排名第二，影响因子10.319。JMST编辑部公布的稿件总体录用率仅为7%。
本项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目的资助。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030222007058
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