مقایسه خواص ریزساختاری و مکانیکی اتصاالت نفوذی آلیاژهای آلومینیوم به آلیاژ

Transcript

1 مقایسه خواص ریزساختاری و مکانیکی اتصاالت نفوذی آلیاژهای AZ31 و 7039 آلومینیوم به آلیاژ منیزیم * مجتبی جعفریان مسلم پایدار و مرتضی جعفریان گروه مهندسی مواد واحد تهران جنوب دانشگاه آزاد اسالمی تهران ایران * Jafarian_67@yahoo.com چکیده در این پژوهش بررسی خواص ریزساختاری و مکانیکی اتصاالت نفوذی آلیاژهای و 7039 آلومینیوم به آلیاژ AZ31 منیزیم صوورت صورت گرفت. اتصاالت نفوذی بین آلیاژهای مورد نظر در دمای 440 C زمان 60 دقیقه فشار 29 MPa و خالء torr گرفتند. فصل مشترک اتصاالت با استفاده از میکروسکوپهای نوری و الکترونی روبشی مجهز بوه آنوالیزهوای نقهوهای و خهوی بررسوی شدند. طبق نتایج آنالیز نقههای حضور ترکیبات بینفلزی Al 12 Mg 17 و Al 3 Mg 2 و مخلوطی از این دو فاز در ناحیه نفوذ مربوط به تمامی اتصاالت انجام شده مشاهده شد. همچنین طبق نتایج آنالیز خهی مقدار سختی آلیاژ آلومینیوم تاثیر بسزایی در نفوذ هر چه بیشتر اتمهوای منیزیم به سمت آلیاژ آلومینیوم داشته و بیشترین نفوذ منیزیم در حالت استفاده از آلیاژ آلومینیوم 6061 مشاهده شد. نفوذ بیشوتر منجور بوه ایجاد پیوند قویتری بین اتمهای منیزیم و آلومینیوم شده و در نتیجه بیشترین میزان استحکام در حدود 42 MPa در حالت استفاده از آلیواژ 6061 آلومینیوم حاصل شد. واژههای كلیدی: اتصال نفوذی آلیاژهای آلومینیوم منیزیم AZ31 ریزساختار خواص مکانیکی. Comparison of microstructure and mechanical properties of Diffusion Joints of 5754, 6061 and 7039 aluminum alloys to AZ31 magnesium alloy Mojtaba Jafarian, Moslem Paidar and Morteza Jafarian Department of Material Engineering, South Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran In this study, the microstructure and mechanical properties of diffusion joints between 5754, 6061 and 7039 aluminum alloys and AZ31 magnesium alloy were investigated. Diffusion joints were done between the alloys at temperature of 440 C, during 60 minutes, pressure of 29 MPa and under torr vacuum. Interface of joints were studied by using an optical microscope (OM) and scanning electron microscopy (SEM) equipped with EDS analysis and linescane. According to the results, the presence of intermetallic compounds including Al 12 Mg 17, Al 3 Mg 2 and a mixture of them were observed at diffusion zone. Also, according to the results, the hardness value of aluminum alloys is most effective in diffusion of the magnesium atoms toward aluminum alloy and greatest diffusion of magnesium was observed in the used of 6061 aluminum alloy. More diffusion resulting in a stronger bond between atoms of magnesium and aluminum, resulting in maximum strength approximately 42 MPa was obtained in the used of 6061 aluminum alloy. Keywords: Diffusion bonding, Aluminum alloys, AZ31 Magnesium, Microstructure, Mechanical properties. 1

2 1- مقدمه آلومینیوم کاربردهای گستردهای در صنایع خودروسازی نظامی و هوافضا دارد. آلومینیوم و آلیاژهای آن دارای استحکام ویژه و مقاومت به خوردگی باال هستند. دانسیته آلومینیوم 2/7 g/cm 3 است که حدود یک سوم دانسیته فوالد و مو اسوت. از طرفوی آلیاژهای پایه منیزیم سبکترین آلیاژهای ساختمانی مورد استفاده در صنعت میباشند. آلیاژهای منیزیم دارای اسوتحکام ویوژه و ظرفیت میرایی باالیی بوده و به آسانی قابل بازیافت میباشند ]1-3[. این خصوصیات آلیاژهای منیزیم را بوه گزینوهای ایودهآل برای استفاده در تجهیزات الکترونیکی قابل حمل و قهعات خودرو تبدیل کرده است. با توجوه بوه کواربرد گسوترده آلیاژهوای آلومینیوم و منیزیم در صنایع مختلف اتصال این دو آلیاژ به یکدیگر امری اجتنابناپذیر میباشود. اموروزه ایون دو آلیواژ بهوور فزآیندهای به عنوان جایگزینی برای فوالد در صنعت خودرو بوه منظوور کواهش وزن و افوزایش بهورهوری سووخت اسوتفاده میشوند. در این رابهه روشهای اتصال ذوبی و حالت جامد جهت اتصال این دو آلیاژ بکار گرفته میشوود کوه بوا توجوه بوه مشکالت فراوان جوشکاری ذوبی این دو آلیاژ از جمله ترکهای حرارتی ناخالصیهای اکسویدی و تشوکیل بویش از انودازه ترکیبات ترد بینفلزی توجهات به سمت اتصال این دو آلیاژ با روشهای حالت جامد گرایش پیدا کرده اسوت ]4-6[. عوامول متعددی در انتخاب روش اتصالدهی مواد با خصوصیات فیزیکی و مکانیکی مختلف تاثیرگذار میباشند. عدم انتخاب صوحیح روش اتصالدهی و پارامترهای موثر بر آن مشکالت مختلفی بوجود میآورد. جهت حل این مشکالت میتووان از روشهوای جوشکاری حالت جامد که فاقود هور گونوه موذاب در مو وع اتصوال مویباشوند اسوتفاده کورد ]7-9[. فلوزات و آلیاژهوای غیرهمجنسی که جوشکاری ذوبی آنها بهم امکانپذیر نبوده و یا به علت تشکیل ترکیبات بوین فلوزی ناخواسوته بوا مشوکالت زیادی همراه است ممکن است به راحتی و با کمترین تخریب متالورژیکی به کمک فرآیندهای جوشوکاری حالوت جامود بوه یکدیگر اتصال داده شوند ]10[. از دیگر مزایای مو ع اتصال نسبت به روشهای ذوبی بدلیل دماهای پای نی این روشها میتوان به کمتر بوودن میوزان تونشهوای حرارتوی و پسوماند در فرآیند عدم وجود انبسواط و انقبوان ناشوی از ذوب و انجمواد اشاره داشت ]11-15[. همچنین تغییرات حرارتی کمتر از جوشکاری ذوبی در نتیجه تغییرات اندک در ساختار میکروسوکوپی جوش نسبت به فلز پایه رخ میدهد. اتصال نفوذی در خالء میتواند بهور دقیق درجوه حورارت و زموان نگهوداری را تنظویم نموده و سپ تشکیل ترکیبات بینفلزی را کنترل نماید. در این روش پارامترهایی همچون دمای اتصال فشار اعموالی زموان نگهداری و میزان زبری سهح نمونهها نقش اساسی را در تعی نی میزان استحکام اتصال ایفا میکنند ]16-20[. در زمینوه اتصوال آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم ماهدران و همکاران ]9[ موفق به اتصوال آلیاژهوای 2024 آلومینیووم و AZ31B منیوزیم بوه روش جوشکاری نفوذی در شرایهی که دمای اتصال 425 C فشار 20 MPa و زمان 45 دقیقه بود شده و تشوکیل الیوه نفووذی بوا خامت بهینه و بیشترین میزان استحکام برشی MPa( 35( را گزارش نمودند. از طرفی لیو و همکاران ]10[ بوا بررسوی تواثیر ترکیب الیه میانی بر ریزساختار و استحکام اتصال نفوذی آلیاژ 6061 آلومینیوم و آلیاژ AZ31 منیوزیم الیوه میوانی Zn-5Al بوه عنوان الیهای مناسب گزارش نموده و به اتصالی با استحکام برشی MPa( 86( دست یافتند. همچنین دیتریچ و همکواران ]21[ به بررسی فازهای بینفلزی تشکیل شده در حین جوشوکاری نفووذی آلیاژهوای 6082 آلومینیووم و AZ31 منیوزیم پرداختوه و حضور فازهای Al 3 Mg 2 و Al 12 Mg 17 در فصل مشترک اتصال مشاهده نمودند. بعوالوه گوزارش نمودنود کوه انعهوا پوذیری فازهای بینفلزی بهور قابل مالحظهای کمتر از فلزات پایه بوده و شکست ترد عمدتا در فاز Al 3 Mg 2 و در نزدیکوی آلیاژهوای آلومینیوم رخ خواهد داد. طبق بررسیهای صورت گرفته تاکنون مهالعات انجام شده صرفا بوه بررسوی اتصوال بوین آلیاژهوای آلومینیوم و منیزیم پرداخته و مقایسهای بین اتصال آلیاژهای مختلف آلومینیوم و منیزیم در شرایط یکسان صورت نگرفته است. 2

3 برای همین منظور در این پژوهش از سه آلیاژ مختلف آلومینیوم به منظور اتصال نفوذی با آلیاژ AZ31 منیوزیم اسوتفاده شود و نتایج ریزساختاری و مکانیکی در شرایهی کامال یکسان با یکدیگر مقایسه شد. 2- مواد و روشها در این پژوهش از روش جوشکاری نفوذی به منظور اتصال آلیاژهای و 7039 آلومینیوم بوه آلیواژ AZ31 منیوزیم استفاده شد. آنالیز شیمیایی فلزات پایه در جدول 1 آورده شده است. همچنوین خوواص مکوانیکی آلیاژهوای آلومینیووم موورد استفاده در جدول 2 آورده شده است. تصاویری از ریزساختار فلزات پایه در شکل 1 آورده شوده اسوت. ابتودا پو از بورش فلزات پایه در ابعاد mm توسط دستگاه سنگ مغناطی خامتهای 4 و 5 mm به ترتیب برای آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم در نظر گرفته شد. سپ به منظور حذ آلودگی و ایجاد زبری سهح نمونههای منیزیمی و آلومینیومی به ترتیب ابتودا با استفاده از سنبادههای شماره 600 و 1500 آمادهسازی سپ درون بشر حاوی استون به مدت 15 دقیقه در حمام التراسونیک قرار داده شدند و سریعا در کوره پرس گرم قرار گرفتند. میزان میانگین زبری سهح برای نمونههای آلومینیومی و 7039 به ترتیب 25/5 17/3 و 20/4 nm و برای نمونه منیزیمی AZ31 برابر با مقدار 64/8 nm بدسوت آمود. دموای 440 C زمان نگهداری 60 دقیقه فشار 29 MPa و نرخ حرارتدهی 10 C/min برای انجام آزمونها در نظر گرفتوه شود. بوه منظوور انجام اتصال نفوذی از کوره پرس داغ مدل KHP-200 Hot Press ساخت کشور کره با ظرفیت اعمال فشار به میوزان 10 تون ایجاد خالء به میزان torr نوع هیدرولیک و از جن ثابت بود حداکثر دمای 1700 C و با ابعاد محفظه mm استفاده شد. پرس دستگاه از فوالد گرم کار H13 بود. همچنین دستگاه دارای 2 فک بوده که فک باالیی متحورک و فوک پوایینی جدول 1: تركیب شیمیایی آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم )درصد وزنی(. %Al فلز پایه %Zn %Mn %Cr %Cu %Fe %Ti %Si %Mg Mg AZ31-O 3/17 1/1 0/2-0/03 00/004-0/15 Bal. Al 6061-O Bal. 0/0338 0/015 0/189 0/289 0/404 0/021 0/62 0/984 Al 5754-H22 Bal. 0/15 0/2 0/25 0/1 0/3 0/07 0/3 3 Al 7039-O Bal. 4/2 2/6 0/08 0/09 0/35 0/07 0/2 2/6 نوع آلیاژ آلومینیوم Al 6061-O Al 5754-H22 Al 7039-O جدول 2: خواص مکانیکی آلیاژهای آلومینیوم استفاده شده. استحکام تسلیم كششی )MPa( سختی برینل )HBN( )گلوله با قطر 10 mm و نیروی 500( kg 55/ بررسیهای ریزساختاری توسط میکروسکوپ 2 1 الکترونی روبشی مجهز به آنالیزهوای نقهوهای )EDS( و خهوی )Linescane( بود انجام شد. برای تعیین استحکام مکانیکی اتصالهای حاصل از آزمون برش استفاده شد. جهوت انجوام آزموون اسوتحکام برشی از استاندارد E ASTM استفاده شد. برای انجام آزمایشهای برشی ابتدا نمونههایی با سهح مقهع mm از 3

4 نمونههای جوشکاری نفوذی شده با استفاده از دستگاه وایرکات تهیه شدند. با استفاده از دستگاه SANTAM مدل STM-50 با اعمال بار فشاری با سرعت اعمال بار 0/1 mm/min عملیات برش در فصل مشترک اتصال صورت پذیرفت. )الف( )ب( شکل 1: ریزساختار فلزات پایه قبل از جوشکاری الف( منیزیم )د( )ج( AZ31 ب( آلومینیوم 6061 ج( آلومینیوم 7039 و د( آلومینیوم نتایج و بحث 1-3- بررسی ماكروسکوپی اتصاالت در تم امی ح االت نمو نه آلومینیومی در ب اال و نمو نه منیزیمی در پ ایین قرار داده شد. زیورا بو ا توجوه بوه ا سوت حک ام بی شوتر آلیو اژ آلومینیوم نسبت به آلیاژ منیزیم در حین اعمال فشار برآمدگیهای سهحی نمونه منیزیمی دچار تغییر فرم شده و نه تنها منجر به شکسته شدن الیههای اکسیدی احتمالی موجود در سهح نمونه آلومینیومی میشود بلکه منجر به پر شدن حفرات ایجواد شوده در فصل مشترک اتصال خواهد شد. بررسی ماکروسکوپی اتصاالت حاکی از آن بود که با توجه به اعمال فشار بهینوه بور روی نمونهها بعد از انجام فرآیند جوشکاری حداقل تغییر فرم در تمامی نمونهها رخ داد و فرآیند جوشکاری بدون ایجاد تغییر فورم زیاد در فلزات پایه انجام شد. این مسئله نشان داد که در صورت اعمال فشار 29 MPa و تغییر در نوع آلیاژ آلومینیوم در حوین اتصال نفوذی آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم هیچگونه تغییر فرمی در اتصال نهایی رخ نخواهد داد و اتصالی با کمترین تغییر فورم تشکیل میشود. 4

5 2-3- بررسی فصل مشترک اتصاالت توسط میکروسکوپ نوری شکل 2 تصاویر میکروسکوپ نوری از فصل مشترک اتصاالت انجام شده میباشد. حضور 3 3 الیه در ناحیه انتقال سوهحی در تمامی نمونهها مشاهده میشود. ناحیه نفوذ در همه حاالت به صورت یکنواخت بوده و بهور میانگین وخامت ناحیوه انتقوال سهحی در تمامی حاالت در محدوده میکرومتر میباشد. )الف( )ب( )ج( شکل 2: تصاویر میکروسکوپ نوری از فصل مشترک اتصاالت الف( ب( 6061-AZ AZ31 و ج(.7039-AZ31 در ساختمانهای کریستالی فشرده مانند FCC در آلومینیوم و HCP در منیزیم نفوذ بیشتر از طریق جاهای خالی انجام میگیرد زیرا انرژی محرکه الزم جهت نفوذ توسط جاهای خالی در این شبکهها نسبت به سایر مکانیزمها کمتر میباشد. در واقوع ایون مکانیزم در اکثر فلزات به عنوان غالبترین و مهمترین مکانیزم نفوذ است. طبق تصاویر هیچگونه میکروحفره و حفرات مربوط به اثر کرکندال در فصل مشترک اتصاالت تشکیل نشده است که علت آن را میتوان به نزدیک بودن رایب نفوذ آلومینیووم و منیزیم که به ترتیب m 2 /sec /89 و 10 2/29 ]21[ بوده و همچنین نزدیک بودن جرم اتمی آنها که به ترتیوب 27 و ]21[ 24 g/mol میباشند نسبت داد. در رابهه بوا چگونگی تشکیل ترکیبوات بینفلوزی در حوین اتصوال نفووذی طبوق نظریوه فیلیبرت اصوال ترکیبات بینفلزی به صورت پی در پی تشکیل شده و فاز دوم تنها زمانیکه فاز اول به وخامت معینوی برسود شروع به جوانهزنی و رشد میکند. بعالوه فرآیند تشکیل ترکیبات بینفلزی به شدت وابسته به خامت فلزات پایوه مویباشود ]12[. میزان تشکیل فاز جدید بوسیله نفوذ درهم در روش حالت جامد بستگی به نرخ نفوذ و نرخ واکنشها در فصل مشوترک دارد. نرخ نفوذ وابستگی شدیدی به دما دارد و قوانین ساده سینتیک میتواند در این زمینه مورد استفاده قرار گیرد. با این حال 5

6 فاکتورهای دیگری میتوانند نرخ نفوذ را تحت تاثیر قرار دهند از جمله آنها می توان به مواردی همچون اندازه دانه مهواجرت مرزدانه و دانسیته نابجاییها اشاره نمود ]15[ بررسی ریزساختار فصل مشترک اتصاالت با SEM جهت ایجاد اتصال حالت جامد سهوح متصل شونده باید به اندازه کافی به یکدیگر نزدیک شوند تا نیروی جاذبه کوتواه بورد بیناتمی فعال شده و از طریق نفوذ اتصال بین سهوح برقرار شود. بنابراین سهوح جوشکاری شوونده بایود عواری از هرگونوه آلودگی سهحی باشند. اصوال اکسیدهای سهحی در آلیاژهای آلومینیوم از نظر فیزیکی بسیار چسبنده و از نظر شیمیایی پایودار و غیرقابل حل در زمینه آلومینیومی حتی در دماهای باال میباشند و بنابراین اتصال کامل فلز به فلز را در ناحیه فصول مشوترک دچار مشکل میکنند. یکی از روشهای غلبه بر مشکل الیههای اکسیدی در جوشکاری نفوذی استفاده از سهوح نسبتا خشون میباشد که منجر به ایجاد اتصالی با استحکام باالتری نسبت به اتصاالت حاصل از سهوح پولیش خورده میباشد ]26[. تغییور شکل پالستیک مو عی در مراحل اولیه اتصال منجر به گسیخته شدن فیلم اکسیدی میشود. در سهح نواهموار برآمودگیهوا بیشتر دچار تغییر شکل میشوند. بنابراین گسیختگی بیشتر الیه اکسیدی رخ داده و اتصال فلز به فلز بهبوود بیشوتری موییابود. بنابراین در این پژوهش سهوح فلزات پایه به صورت زبر در نظر گرفته شد تا با تغییر شکل پالستیک برآمدگیهوای سوهوح گسیختگی الیههای اکسیدی که احتمال ت شکی ل آ نه ا در سوهح ف لوزات پ ایوه وجوود دا شوت رخ داده و ا تصو الی ف ا قود هرگو نوه میکروحفره و با استحکام باال ایجاد شود. شکل 3 تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از اتصاالت انجوام شوده در حواالت مختلف میباشد. )ج( )ب( )الف( شکل 3: تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از فصل مشترک اتصاالت الف( ب( 6061-AZ AZ31 و ج(.7039-AZ31 همانهور که در تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی مالحظه میشود هیچگونه میکروحفرهای در فصل مشترک اتصال ایجاد نشده و حضور 3 الیه واکنشی در بین سهوح فلزات پایه کامال مشخص میباشد. دو نوع تحوول یوتکتیوک در نموودار فوازی سیستم دوتایی منیزیم/آلومینیوم در دماهای 437 و 450 C وجوود دارد کوه در ذیول آمودهانود. در ایون دموا آلیواژ یوتکتیوک منیزیم/آلومینیوم کمترین نقهه ذوب را در سیستم دوتایی دارا میباشد. Al Al Mg L at 450 C (Rich) 3 2 )1( Mg Al Mg (Rich) L at 437 C )2( 6

7 برخی از ترکیبات بینفلزی قابل شناسایی در این نمودار شامل: Al 12 Mg 17 Al 3 Mg 2 و Al 30 Mg 23 میباشند. بوه منظوور تعیوین فازهای تشکیل شده در ناحیه واکنشی بین سهوح فلزات پایه از آنالیز نقههای از نواحی B A و C مشخص شوده در تصوویر 3 -ب استفاده شد. در تمامی حاالت ناحیه A حاوی منیزیم ( در محودوده 55-56/7 درصود اتموی( و آلومینیووم ( در محودوه 42/4-43/3 درصد اتمی( بوده که با توجه به دیاگرام فازی دوتایی آلومینیوم-منیزیم که در شکل 4 آورده شده اسوت احتموال حضور فاز )γ( Al 12 Mg 17 در این الیه پیشبینی میشود. فاز گاما با ترکیب Al 12 Mg 17 دارای ساختار کریستالی BCC و فواصل شبکهای 10/54 آنگستروم میباشد. بعالوه دارای نانوسختیای به میزان 4/35 nhv و مدول االسوتیک بسویار پوایین مویباشود ]9 10[. ناحیه B حاوی منیزیم ( در محدوده 40/1-39/5 درصد اتمی( و آلومینیوم )در محدوه 59/9-60/3 درصد اتمی( بووده که در این الیه احتمال تشکیل مخلوطی از فازهای Al 12 Mg 17 و )β( Al 3 Mg 2 )با درصد وزنی β بیشوتر( وجوود دارد. فواز بتوا دارای ساختار کریستالی وجوه مرکز پر )FCC( فواصل شبکهای بوزر در حودود 28/23 آنگسوتروم اسوت. ایون فواز دارای نانوسختیای به میزان 4/4 nhv و مدول االستیک بسیار پایینی میباشد ]9 10[. ناحیه C حواوی منیوزیم ( در محودوه 39/1-38/9 درصد اتمی( و آلومینیوم ( در محدوده 62-62/4 درصد اتمی( بوده که با توجه به درصدهای اتمی عناصر تشکیل دهنده احتمال حضور فاز β پیشبینی شد. شکل 4: دیاگرام دوتایی آلومینیوم-منیزیم ]22[. در رابهه با رشد فازها بین آلیاژهای آلومینیوم و منیزیم در تمامی پژوهشهای صورت گرفته ] [ همگی تنهوا دو فواز بینفلزی Al 3 Mg 2 و Al 12 Mg 17 را مشاهده نمودهاند. فاز غنی از منیزیم در سومت منیوزیم و فواز غنوی از آلومینیووم در سومت آلومینیوم مشاهده شده است. در مقابل تغییرات فازی در حالت مذاب جوانهزنی هموژن در تغییرات فوازی حالوت جامود بوه ندرت رخ خواهد داد ولی جوانهزنی هتروژن در مکانهایی همچون ناخالصیها مرزدانههوا و نابجواییهوا رخ مویدهود ]22[. بررسیها نشان میدهند که احتمال رسوب فاز جدید وابسته به عواملی همچوون فاکتورهوای سوینتیکی حالوت نفووذ اتومهوا نیرو ه ای م حرکه ترمودین امیکی دم ای واکن ش من ا طق ا تص ال و غیره خواهود بوو د. در را بهوه بو ا مراحو ل ا ولیوه ت شوکی ل و ر شود ترکیبات بینفلزی در حین اتصال نفوذی طبق بررسیهای صورت گرفته میتوان این چنین بیوان نموود کوه: هور دو طور بوا نرخهای متفاوت در یکدیگر نفوذ کرده سپ محلول جامد فوق اشباعی تشکیل میشود. جوانه کریستالی فازهوای جدیود در 7

8 ب- عیوب جایی که غلظت عنصر نفوذ کرده باال است شکل میگیرد. جوانه کریستالی ترکیب بینفلزی در امتداد فصول مشوترک رشد خواهد کرد تعداد زیادی از این جوانههای رشد کرده به یکدیگر متصل شده و بهوور معموول بوه صوورت طوولی رشود میکنند. بعد از آن جوانههای کریستالی ترکیب بینفلزی دوم در فصل مشترک شکل خواهد گرفت و رشد میکند. با توجه بوه تئوری نفوذ تشکیل فاز اولیه در زوج نفوذی در یک دمای خاص بالفاصله نخواهد بود بلکه یوک دوره نهفتگوی در واکونش نفوذ وجود دارد. نفوذ درهم در فصل مشترک تا حد معینی در دوره نهفتگی رخ میدهد ]22[. )الف( )ب( الف( A ب( B و ج( C. شکل 5: آنالیز EDS )ج( از نواحی شکل 3 8

9 شکل 6 نشان دهنده نتایج آنالیز خهی از فصل مشترک اتصاالت در حاالت مختلف میباشد. همانهور کوه مالحظوه مویشوود آنالیز خهی بر روی خهی به طول 100 µm انجام شد. همانهور که مالحظه میشود در حالتی کوه از آلومینیووم 6061 اسوتفاده شده است شیب گرادیان غلظتی مربوط به منیزیم دارای کمتورین مقودار خوود بووده و در ح الوت ا سوتف اده از آلومینیووم 5754 بیشترین مقدار خود را دارا است. این مساله بدلیل نفوذ بیشتر منیزیم به سمت آلیاژ آلومینیوم میباشد. با توجه به سختی بیشوتر آلیاژ 5754 آلومینیوم زبریهای سهحی به زمان بیشتری برای تغییر فرم پالستیک نیاز داشته و در نتیجه افزایش سوهح تمواس بین سهوح فلزات پایه در مدت زمان بیشتری رخ داده و فرصت کمتری در اختیار اتمهای منیزیم جهت نفوذ به سومت مقابول )در شرایهی یکسان نسبت به سایر آلیاژهای آلومینیوم( قرار خواهد گرفت و در نتیجه نرخ نفوذ کمتر اتمهای منیزیم به سومت آلیاژ آلومینیوم رخ میدهد. هر چه سختی کمتر باشد در این صورت نرخ تغییر فرم پالستیک زبوریهوای سوهحی و در نتیجوه افزایش بیشتر در سهح تماس در زمان کمتری رخ داده و با توجه به سست شدن بیشتر پیوندها در سمت آلیاژ آلومینیوم امکان نفوذ بیشتر اتمهای منیزیم به سمت مقابل فراهم میشود. این مساله در رابهه با اتصاالت صورت گرفته با آلیاژهوای آلومینیووم 7039 و 6061 مشاهده شد که در رابهه با اتصال صورت گرفته با آلیاژ 6061 آلومینیوم نفوذ بیشتر اتومهوای منیوزیم رخ داد و خهوط مربوط به گرادیان غلظتی اتمهای آلومینیوم و منیزیم به یکدیگر کامال نزدیک شده است. همچنین بهور کلی در تموامی حاالت نرخ نفوذ اتمهای آلومینیوم به سمت آلیاژ منیزیم بیشتر میباشد. از جمله مهمترین عواملی که سرعت نفوذ یوک عنصور را مشخص میکند شعاع اتمی چگالی و دمای ذوب عنصر است. ساختار بلوری عناصر و آلیاژها در ریب نفووذ آنهوا مووثر است اتمها در ساختارهای بازتر سریعتر نفوذ میکنند. شعاع اتمی آلومینیوم و منیزیم به ترتیب 1/43 و 1/6 آنگستروم گزارش شده است ]22 23[. با توجه به اینکه انرژی فعالسازی برای نفوذ اتمهای کوچکتر کمتر است اتمهای کوچکتر سرعت نفووذ بیشتری دارند. به این ترتیب از این نظر سرعت نفوذ و در نتیجه عمق نفوذ آلومینیوم بیشتر از منیزیم میباشد. )الف( 9

10 )ب( شکل 6: نتایج آنالیز خطی از اتصاالت الف( )ج( ب( 6061-AZ AZ31 و ج(.7039-AZ بررسی خواص مکانیکی اتصاالت به منظور ارزیابی خواص مکانیکی اتصاالت انجام شده در حاالت مختلف آزمون استحکام برشی بر روی اتصاالت انجام شود. شکل 7 نشان دهنده نتایج آزمون استحام برشی میباشد. در شرایط استفاده از آلیاژ آلومینیوم 6061 بیشوترین میوزان اسوتحکام برشی به مقدار 42 MPa حاصل شد این در صورتی است که در صوورت اسوتفاده از آلیاژهوای آلومینیووم 7039 و 5754 بوه ترتیب مقدار استحکام برشی به میزان 35 و 30 MPa حاصل شد. همانهور که در آنالیز خهی مشاهده شد نفوذ بیشتر اتمهوای منیزیم در حالت استفاده از آلیاژ آلومینیوم 6061 رخ داده و این مساله منجر به پیوند قویتر بین اتومهوای آلومینیووم و منیوزیم شده و در نتیجه استحکام پیوند و اتصال نهایی نسبت به دو مورد دیگر افزایش یافته است. از طرفی زمانیکه سوختی پوایینتور باشد در این صورت در یک فشار ثابت تغییر شکل پالستیک زبریهای سهح سوریعتر اتفواق افتواده و در نتیجوه زموان نفووذ کاهش مییابد. همچنین الیههای اکسیدی احتمالی را که مانع از انحالل سهحی شده به سرعت شکسته و مسواحت سوهح در معرن تماس را نیز افزایش میدهد.همچنین منجر به کاهش فواصل اتمی در فصل مشترک شده و نیروهوای چسوبندگی بوین اتمها را نیز فعالتر کرده و پتانسیل شیمیایی برای نفوذ را افزایش میدهد و در نهایت ایجاد اتصالی مسوتحکمتور بوین سوهوح فلزات پایه رخ میدهد. 10

11 شکل 7: نتایج آزمون استحکام برشی اتصاالت مختلف. 4- نتیجهگیری 1- اتصال نفوذی بین آلیاژهای و 7039 آلومینیوم با AZ31 منیزیم در دمای 440 C و تحت فشوار 29 MPa بوا موفقیت انجام شد. 2- با توجه به اختال کم بین رایب نفوذ ذاتی عناصر در فصل مشترکهای ایجاد شده حفرات کرکندال مشاهده نشد. 3- سختی آلیاژهای آلومینیوم در چگونگی اتصال آلیاژ آلومینیوم و منیزیم تاثیر بسزایی دارد. هور چوه اسوتحکام کمتور در اثور تغییر فرم سریعتر زبریهای سهحی نقاط تماس افزایش بیشتری یافته و اتصالی مستحکمتر تشکیل میشود. 4- بیشترین استحکام در حالت استفاده از آلیاژ آلومینیوم 6061 به میزان 42 MPa حاصل شد. 1. Energy-dispersive X-ray spectroscopy 2. Line scan analysis 3. Interfacial Transition Zone واژهنامه 11 مراجع [1] Jafarian, M., Khodabandeh, A., Manafi, S., "Evaluation of diffusion welding of 6061 aluminum and AZ31 magnesium alloys without using an interlayer", Materials and Design, Vol. 65, pp , [2] Guo, W., Hua, M., Kin Lim Ho, J., "Study on liquid-phase-impact diffusion welding SiCp/ZL101", Composites Science and Technology, Vol. 67, pp , [3] Hui, L., Ming, Q., Da, L. I., "The Effect of Intermetallic Compounds on laser Weldability of Dissimilar Metal Joint between Magnesium Alloy AZ31B and Aluminum Alloy 6061", Laser Journal, Vol. 28, pp , [4] Wang, J., Feng, J. C., Wang, Y. X., "Microstructure of Al Mg Dissimilar Weld made by Cold Metal Transfer MIG Welding", Journal of Materials Science & Technology, Vol. 24, pp , [5] Liu, B. X., Huang, L. J., Geng, L., Wang, B., Liu, C., Zhang, W. C., "Fabrication and superior ductility of laminated Ti TiBw/Ti composites by diffusion welding", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 602, pp , 2014.

12 [6] Liu, P., Li, Y., Haoran, G., Juan, W., "Investigation of Interfacial Structure of Mg/Al Vacuum Diffusion Bonded Joint", Vacuum, Vol. 80, pp , [7] Li, Y., Liu, P., Wang, J., Ma, H., "XRD and SEM Analysis near the Diffusion Bonding Interface of Mg/Al Dissimilar Materials", Vacuum, Vol. 82, pp. 9-15, [8] Mahendran, G., Balasubramanian, N., Senthilvelan, T., "Influences of Diffusion Bonding Process Parameters on Bond Characteristics of Mg-Cu Dissimilar Joints", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 20, pp , [9] Mahendran, G., Balasubramanian, V., Senthilvelan, T., "Developing Diffusion Bonding Windows for Joining AZ31B Magnesium-AA2024 Aluminium Alloys", Materials and Design, Vol. 30, pp , [10] Liu, L. M., Zhao, L. M., Xu, R. Z., "Effect of Interlayer Composition on the Microstructure and Strength of Diffusion Bonded Mg/Al Joint", Materials and Design, Vol. 30, pp , [11] Jing, S., Ke-hong, W., Qi, Z., De-ku, Z., Jun, H., Jia-qi, G., "Effect of Joining Temperature on Microstructure and Properties of Diffusion Bonded Mg/Al Joints", Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Vol. 22, pp , [12] Joseph Fernandus, M., Senthilkumar, T., Balasubramanian, V., Rajakumar, S., "Optimising Diffusion Bonding Parameters to Maximize the Strength of AA6061 Aluminium and AZ31B Magnesium Alloy Joints", Materials and Design, Vol. 33, pp , [13] Cooper, D. R., Allwood, J. M., "Influence of Diffusion Mechanisms in Aluminium Solidstate Welding Processes", Procedia Engineering, Vol. 81, pp , [14] Orhan, N., Khan, T. I., Eroglu, M., "Diffusion Bonding of a Microduplex Stainless Steel to Ti-6Al-4V", Scripta Materialia, Vol. 45, pp , [15] Kundu, S., Chatterjee, S., "Characterization of Diffusion Bonded Joint between Titanium and 304 Stainless Steel using a Ni Interlayer", Materials Characterization, Vol. 59, pp , [16] Kundu, S., Chatterjee, S., "Diffusion Bonding between Commercially Pure Titanium and Micro-Duplex Stainless Steel", Materials Science and Engineering: A, Vol. 480, pp , [17] Guo, W., Hua, M., Wai Law, H., Kin Lim Ho, J., "Liquid-phase impact diffusion welding of SiCp/6061Al and its mechanism", Materials Science and Engineering: A, Vol. 490, pp , [18] Ji-cai, F., Ya-rong, W., Zong-dian, Z., "Status and Expectation of Research on Welding of Magnesium Alloy", The Chinese Journal of Nonferrous Metals, Vol. 15, pp , [19] Somasekharan, A. C., Murr, L. E., "Microstructures in Friction-stir Welded Dissimilar Magnesium Alloys and Magnesium Alloys to 6061-T6 Aluminum Alloy", Materials Characterization, Vol. 52, pp , [20] Yilmaz, O., Celik, H., "Electrical and Thermal Properties of the Interface at Diffusion- Bonded and Soldered 3040 Stainless Steel and Copper Bimetal", Journal of Materials Processing Technology, Vol. 141, pp , [21] Dietrich, D., Nickel, D., Krause, M., Lampke, T., Coleman, M. P., Randle, V., "Formation of Intermetallic Phases in Diffusion Welded Joints of Aluminium and Magnesium Alloys", Journal of Materials Science, Vol. 46, pp , [22] Joseph Fernandus, M., Senthilkumar, T., Balasubramanian, V., "Developing Temperature-Time and Pressure-Time Diagrams for Diffusion Bonding AZ80 Magnesium and AA6061 Aluminium Alloys", Materials and Design, Vol. 32, pp ,

13 [23] Chen, S., Ke, F., Zhou, M., Bai, Y., "Atomistic investigation of the effects of temperature and surface roughness on diffusion bonding between Cu and Al", Acta Materialia, Vol. 55, pp , [24] Tanguep Njiokep, E. M., Salamon, M., Mehrer, H.," Growth of Intermetallic Phases in the Al-Mg system ", Defect and Diffusion Forum, Vol. 194, pp , [25] Li, Z. F., Dong, J., Zeng, X. Q., Lu, C., Ding, W. J., Ren, Z.M., " Influence of strong static magnetic field on intermediate phase growth in Mg-Al diffusion couple ", Journal of Alloys and Compounds, Vol. 440, pp , [26] A.A. Shirzadi, H. Assadi, E.R. Wallach, "Interface evolution and bond strength when diffusion bonding materials with stable oxide films", Surface and Interface Analysis, Vol. 31, pp ,