材料微观结构与性能分析

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1、题目扩散焊接Mg/Al接头界面微组织及力学性能研究学生姓名XX学号开课学院完成时间：2016年XX月XX日摘要材料分析检测技术，是关于材料成分、结构、微观形貌的检测技术及相关理论基础的研究，在众多领域的研究和生产中被广泛应用。本报告以Mg/Al扩散焊接接头的检测分析为例，分别介绍了扫描电镜（SEM）、X光衍射技术（XRD）、电子探针（EPMA）等材料微结构表征手段和显微硬度、断裂强度测试等材料力学性能测试手段的具体应用。关键词：材料分析；微观形貌；力学性能AbstractMaterialanalysisandtestingtechnologyaredet

2、ectiontechnologiesandtheoreticalfoundationsaboutmaterialcomposition,structure,microstructure.Theyarewidelyusedinmanyfieldsofresearchandproduction.ThisreportintroducethedetectionofMg/Aldiffusionbondingjointasanexample,anddiscussestheapplicationprogressofX-raydiffractiontechnologyi

3、nmaterialanalysis,suchasSEM,XRD,EPMAwhichareusedformaterialmicrostructureanalysisandmicrohardness,breakingstrengthwhichareusedformechanicalpropertiestesting.Keywords:materialsanalysis;microstructure;mechanicalproperties1前言在汽车行业推广轻质材料，有利于结构重量的优化，从而降低能源消耗与尾气排放。铝和镁都具有密度低、比强度和比刚度高的特性

4、，因此常用于结构轻量化的研究。铝在地壳中含量居第三，仅次于氧和硅，具有低密度（2.70g/cm3）、较高的比强度和比刚度、良好的耐腐蚀性、良好的导电性等优良性能,其合金在航空航天、汽车、电力行业等已经有广泛应用。镁在地壳中含量居第八，在宇宙中含量居第九，其密度比铝更低，仅为1.738g/cm3，是目前工业化应用中最轻的结构金属材料；比强度和比刚度均高于铝合金和钢，在不影响强度和刚度的情况下有助于减轻材料的质量；具有良好的减震性和电磁屏蔽能力，在航空航天、汽车、仪表、通讯等行业有很大潜力[1-2]。随着铝、镁在研究中的深入发展，单一的铝和镁性能已经难以满足

5、实际应用，因此越来越多研究者关注镁铝异种金属焊接。铝镁焊接连接可以在原有的领域充分发挥两种金属各自的优异性能，还可以集多功能于一身的结构材料、功能材料，将运用于更多的科学领域。铝镁异种金属焊接的主要问题在于母材材料表面易氧化，电阻率、热导率、线膨胀系数较大，易产生脆性的金属间化合物。铝镁异种材料焊接的研究已经成为焊接领域研究的热点和难点[3-4]。扩散焊接是在一定的压力和温度下，母材待焊面发生塑性变形紧密贴合，经过原子扩散以达到冶金结合的焊接方法[5]。相比熔焊，扩散焊接由于对温度和压力的要求不高，不会产生凝固裂纹及高的变形应力等焊接缺陷，在材料的焊接方

6、面具有极大的优势。但经过原子的扩散迁移，在接头界面附近形成冶金结合的扩散层。这种扩散层的组织结构将决定接头的连接性能，所以采用材料微结构分析方法研究Al/Mg接头界面微观组织。采用金相显微镜、扫描电镜观察扩散连接接头的结构；采用X射线衍射分析、电子探针显微分析表征接头成分；采用力学测试、硬度测试接头性能。探究不同连接温度、压力、时间对接头界面组织结构与连接性能的影响，确定最佳的扩散连接工艺参数。本研究对Al/Mg金属扩散连接在实际生产中的应用推广有重大意义。1.1材料微观组织分析方法材料性能的本质影响因素是其微观结构，所以材料微结构分析原理与方法是进行材

7、料学研究的最基本工具。针对Mg/Al扩散焊接接头界面微组织的检测分析，主要用到扫面电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和电子探针（EPMA）[6]。1.1.1扫描电子显微镜扫描电镜（SEM）是一种利用高能电子束轰击样品表面激发出各种物理信息，通过对这些有效信息的搜集、放大、成像，研究材料的微观组织形貌。扫描电镜是一个复杂的系统，浓缩了电子光学技术、真空技术、精细机械结构以及现代计算机控制技术，能直接利用样品表面的物质特性进行微观成像[7]。扫描电子显微镜的出现和不断完善弥补光学显微镜和透射电子显微镜的某些不足，它具备的优点是：1）有较高的放大倍数，20-

8、20万倍之间连续可调；2）景深大，视野广，可立体成像，直接观察各种试样凹凸不平表