《表3 焊缝区域的EDS分析结果》

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《铝/铜异种金属激光焊双熔池耦合成型及组织研究》

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图7是线能量在1160 J·cm-1时铝/铜焊缝区的宏观形貌及微观组织放大图。由图7(a）可知，接头主要分为铜母材区、焊缝区及铝母材区。图7(b）是对图7(a）中白线框区域的微观组织放大扫描图。由图7(b）知，铜侧熔池组织分布较为均匀，而铝侧熔池则为黑色枝状组织与白色网状组织的共晶体，且在双熔池的交界处，Al与Cu发生剧烈的冶金反应，形成了无规律曲线状的界面连接层，界面连接层明显又可细分为Ⅰ层、Ⅱ层和Ⅲ层。这是因为熔池在流动中产生的不对称性，使得界面层之间存在较大的温度梯度和浓度梯度，随之而反应生成的金属间化合物的种类及其形貌也不相同，故而界面出现较为明显的分层。当线能量在1160J·cm-1时，界面层宽度为68μm。其中，Ⅰ层平均宽度约为6μm，为靠近铜侧熔池的平行层状化合物，且部分呈胞状结构向Ⅱ层方向生长。由于激光焊试验中Al和Cu的反应时间相对较短，使得金属间化合物以固态扩散反应的形式生成，因此Ⅰ层相对较薄。Ⅱ层平均宽度约为40μm，是Al/Cu界面的主要组成部分，呈大小不均的条块状沿Ⅲ层垂直生长。Ⅲ层平均宽度约为22μm，以紧密排列的珊瑚状组织分布。对图7(b）中的各点进行EDS分析，结果如表3所示，其中，点A位于紧邻铜侧熔池的界面Ⅰ层，Cu原子含量为66.31%，由表4中Al-Cu系的固相及组成成分[5]可推测点A为Al4Cu9化合物，即可知Ⅰ层的主要化合物Al4Cu9相。点B位于Ⅱ层，由点B Cu和Al的原子占比为1∶2，明显可知点B为Al2Cu相。又由蒋淑英等[20]的研究可知，Al和Cu在高温作用下发生扩散反应，通过热力学分析计算可知，在界面层最先生成Al2Cu化合物，即可确定Ⅱ层主要为Al2Cu化合物。因为在激光焊试验中，铜母材大量熔化使得界面处产生大量的Cu，随着熔池温度的降低，Al和Cu在592℃时发生包晶反应，生成了较多的Al2Cu相。点C位于Ⅲ层，Al原子含量为70.62%，Cu原子含量为29.38%，Al和Cu原子占比约为2∶1，可推测Ⅲ层主要为α-Al相与Al2Cu相组成的共晶组织。这是由于Cu原子在Ⅲ层中的浓度梯度减小，最终析出了α（Al）+θ（Al2Cu）共晶组织。点D和点E位于铝侧熔池。其中，点D为黑色枝状相，Al元素的含量为98.68%，可确定点D为α（Al）固溶体[21]。点E呈网状散布于黑色枝状组织中，Al和Cu原子含量占比与点C极为相似，可推测点E组织也为α（Al）+θ（Al2Cu）共晶体。点F位于铜侧熔池，Cu原子含量为97.84%，表明Al原子向铜侧熔池扩散的距离有限，仅有极少部分Al扩散到铜侧熔池，则可确定点F主要为均匀分布的Cu的固溶体。综上所述，焊缝区由铜侧熔池、铝侧熔池和界面层组成。铜侧熔池以均匀分布的Cu的固溶体为主，铝侧熔池为α（Al）固溶体和α（Al）+θ（Al2Cu）共晶体。当线能量为1160 J·cm-1时，界面层宽度为68μm，双熔池的耦合作用使其可细分为3层。其中，Ⅰ层平均宽度约为6μm，主要化合物为平行层状的Al4Cu9相，Ⅱ层平均宽度约为40μm，主要为条块状的Al2Cu化合物，是Al/Cu界面的主要组成部分，Ⅲ层平均宽度约为22μm，主要是紧密排列的珊瑚状的α（Al）+θ（Al2Cu）的共晶组织。