[发明专利]一种连接镁合金与铝合金的挤压装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及镁合金、铝合金的连接，尤其涉及一种连接镁合金与铝合金的挤压装置及方法。

背景技术

现代机器制造业最迫切的问题之一，是在提高结构和设备工作技术性能和可靠性的同时，降低金属消耗量。由于铝合金具有密度低、强度高、耐腐蚀、热导和电导率高以及加工性能好等优良品质而发展迅速，已广泛应用于国民经济各领域及国防建设中，用量仅次于钢铁材料，成为第二大金属材料。镁合金具有密度小、比强度和比刚度高、尺寸稳定性好、导热性能优越、切削加工性能好、易铸造、减震性能好、电磁屏蔽好、可无限地再利用等众多优点，被誉为21世纪绿色金属结构材料。在实用金属中镁是最轻的金属，镁的比重大约是铝的2/3，是铁的1/4。在航空航天、运输行业中降低结构重量成为提高性能的重要措施，轻型镁合金材料在这方面的应用需求更为迫切。但大量使用镁合金不仅成本高，而且不可能全面满足使用要求。镁、铝及其合金连接形成复合结构，不但能减轻构件的重量、节约材料，而且能发挥各自的性能优势。

现有技术中，关于镁、铝合金进行连接的技术主要是焊接技术，常用的有扩散焊、熔焊、点焊和搅拌摩擦焊等。有采用电场活化连接技术对镁合金与铝合金进行连接的方法。有利用搅拌摩擦焊方法焊接铝合金和镁合金的方法，利用搅拌头在焊缝内高速旋转，沿着焊接方向的移动实现固相连接。焊接技术主要是针对合金板材进行焊接复合。传统的焊接方式由于温度难以稳定控制，容易使铝、镁合金焊接热影响区的晶粒发生粗大。新兴的焊接方式以速度快、焊接热影响区窄和无污染的特征逐渐取代了传统焊接方式，然而由于镁和铝的相容性太差，在接口附近极易形成Al-Mg系金属间脆性化合物，同时由于铝合金和镁合金在焊缝处元素扩散速度相差太大，容易产生空隙，降低了接口处结合性能。因此，亟需解决铝合金与镁合金的连接问题，以进一步扩大镁合金和铝合金的应用空间。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种连接镁合金和铝合金的方法，该方法将块体非晶合金作为中间过渡层，对镁合金和铝合金进行共同热挤压形成高强度连接，提高镁合金和铝合金的连接强度，扩大镁合金和铝合金的应用空间。

本发明第二目的是提供一种连接镁合金与铝合金的挤压装置，该装置利用非晶合金在过冷液相区较低强度、粘度和硬度的内在秉性，以及异质合金如超强度铝/镁合金在高温变形时较低的变形抗力，通过高温下对铝合金、非晶合金和镁合金共同施加压力，使三者发生共同热变形，提高异质合金接口处的结合性能。

为了达成上述目的，本发明提供的第一个技术方案：

一种连接镁合金和铝合金的方法，对镁合金、铝合金与非晶合金进行同时挤压，非晶合金作中间过渡层，以实现镁合金与铝合金的粘结，其中，非晶合金优选为锆基非晶合金，如Zr₆₈Cu₁₂Ni₉Ti₈Be₃，由于锆基非晶合金具有很大的非晶形成能力和宽大的过冷液相区，因此本发明非晶合金优选为锆基非晶。

由于铝合金和镁合金晶格结构相差很大，而且二者冶金相容性比较差，铝合金和镁合金直接接触时，元素发生直接扩散，容易形成Al-Mg系金属间脆性化合物，而且由于元素间扩散速度的不同，容易在连接界面产生空洞等缺陷。

非晶合金没有晶体结构，没有晶格常数等限制，由一个一个原子随机组合而成，原子之间相对比较自由。非晶合金和铝合金、镁合金的冶金相容性高于铝合金和镁合金之间的冶金相容性。热挤压过程中，非晶合金和铝合金、镁合金同时受到三向压应力，铝合金、镁合金分别和非晶合金直接发生元素扩散，在压力的作用下，直接形成原子间结合，避免了Al-Mg系金属间脆性化合物的产生，通过使用非晶合金作中间过渡层，改善铝合金和镁合金的连接性能。

非晶合金是20世纪材料领域的重大发现，材料内部原子排列呈长程无序短程有序结构，没有位错和晶界等缺陷，这种独特的结构使得非晶合金具有高强度、超塑性、高弹性、高硬度、高耐磨性和高耐腐蚀性能。在过冷液相区内，非晶合金具有低强度、粘度和硬度的内在秉性，非晶合金和铝、镁合金在非晶过冷液相区进行共同热成型，可以形成良好结合，并且结合部位元素扩散均匀。本发明从避免铝、镁合金直接接触为出发点，通过高强、硬度的非晶合金作为中间层进行过渡，实现铝合金和镁合金的异质连接。

一种连接镁合金和铝合金的方法，具体步骤如下：

1)对块体的非晶合金、镁合金、铝合金清洗、干燥后备用，在清洗之间要进行切割、打磨和抛光；