［本站讯］在国家自然科学基金重点项目（52035005）的资助下，材料科学与工程学院武传松教授课题组在镁/铝异质合金搅拌摩擦焊接焊核区金属间化合物形态演变的研究方面取得重要进展。近日，相关研究成果以“Elucidating the morphology difference of intermetallic compounds in Mg-to-Al weld nugget zone via multiphase-field simulation”为题，在线发表于材料科学领域国际顶级期刊Journal of Magnesium and Alloys（实时影响因子15.46，在全球97种冶金科学与工程SCI收录期刊中排名第2）。博士研究生赵逢源为该文第一作者，武传松教授为通讯作者，山东大学为唯一完成单位。
镁合金AZ31B-H24与铝合金AA6061-T6的复合构件，能够充分利用这两类金属材料各自的优势，在实现结构件轻量化的基础上有利于节能减排，在新能源汽车电池壳体、消费电子产品、航空航天、汽车等行业有广阔的应用前景。然而，由于镁与铝在晶体结构和物理性能上存在较大差异，实现镁/铝异质合金的高质量连接是一个重大的技术挑战。难点之一在于异质焊缝中会产生硬而脆的Al/Mg金属间化合物层（Al3Mg2，Al??Mg??），严重降低接头的力学性能，不能满足工程使用要求。铝/镁合金之间的直接熔焊（激光焊、电子束焊、电弧焊）时，不仅在接头界面产生较厚的金属间化合物层，还会产生气孔、夹杂、热裂纹等各种缺陷。搅拌摩擦焊接作为新型的固相连接技术，在Al/Mg异质合金连接时表现出较大优势，但结合界面上金属间化合物的形态和分布规律目前尚不清晰。
针对上述问题，武传松教授课题组采用实验表征与多相场法模拟分析相结合的方法，深入研究了Al/Mg异质合金搅拌摩擦焊接焊核区金属间化合物的产生和演变行为。研究发现，Al/Al3Mg2界面处的铝基过饱和固溶体为Al3Mg2形核提供了足够的驱动力，而在Mg/Al??Mg??界面处Al??Mg??形核的驱动力较小；这导致了Al3Mg2形态为等轴晶、Al??Mg??为柱状晶。由于Al和Mg原子的扩散速率不同、在相图上两种金属间化合物的成分范围不同，使得Al3Mg2和Al??Mg??的形态不同。强烈塑性变形对空位扩散的促进作用，远大于沿位错管的原子扩散效应。焊核区中部经历了更强的热-力作用过程，动态再结晶程度更高，产生了更多的晶界形核位置；动态再结晶还延迟了空位的扩散，使得峰值扩散期与最强烈的动态再结晶阶段同步，促进了新的Al3Mg2层形成。因此，焊核区中部形成了等轴晶形态的Al3Mg2晶粒。与之相反，在焊核区底部，因经历了较弱的热-力作用过程，动态再结晶程度较低，峰值扩散系数较小，因而形成了柱状晶形态的Al3Mg2晶粒。上述研究结果为实现Al/Mg异质合金搅拌摩擦焊接焊核区金属间化合物形态与厚度的调控提供了理论依据。
