導(dǎo)讀：振動(dòng)對(duì)Mg/Al雙金屬界面組織和力學(xué)性能有顯著影響，但它并沒(méi)有改變由I層(Al3Mg2+Mg2Si)，II層(Al12Mg17+Mg2Si)和III層(Al12Mg17/δ-Mg)所構(gòu)成的界面的相組成。無(wú)振動(dòng)時(shí)，針狀Mg2Si主要聚集在界面II層。在振動(dòng)產(chǎn)生后,SEM和EBSD分析結(jié)果表明,由于熔融金屬的強(qiáng)烈強(qiáng)制對(duì)流所產(chǎn)生的振動(dòng)，Mg2Si和Al3Mg2界面中的相明顯細(xì)化, Mg2Si的分布更加均勻。TEM分析表明，Al3Mg2與Mg2Si相的界面為非共格界面，Mg2Si顆粒在界面凝固過(guò)程中不能作為非均相形核基。與無(wú)振動(dòng)Mg/Al雙金屬相比，振動(dòng)后Mg/Al雙金屬的剪切強(qiáng)度從31.7MPa提高到47.5MPa，提高了約50%，界面I層硬度增加，III層硬度降低。斷口形貌由無(wú)振動(dòng)的扁平斷口形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的鋸齒狀斷口形態(tài)。

鎂合金和鋁合金的一系列突出優(yōu)點(diǎn)，使得采用焊接、軋制、鑄造等方法制備的鎂(Mg)/鋁(Al)雙金屬在汽車、航空航天領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。然而，Al12Mg17的金屬間化合物(IMCs)是硬脆的，在Mg/Al界面區(qū)產(chǎn)生了Al3Mg2相和Al - 3mg - 2相，使Mg/Al接頭的力學(xué)性能急劇下降[13,14]。這嚴(yán)重限制了鎂鋁雙金屬在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，已經(jīng)進(jìn)行了許多調(diào)查

然而，在Mg/Al界面區(qū)產(chǎn)生了Al12Mg17相和Al3Mg2相的硬脆金屬間化合物(IMCs)，極大地降低了Mg/Al界面的力學(xué)性能，這嚴(yán)重限制了鎂鋁雙金屬在工業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用。為了解決這個(gè)問(wèn)題，很多團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了相應(yīng)的研究，添加合金元素（如Zn,Sn, Cu,Fe,Ni,Ti,Ag,和Ce）的方法已廣泛應(yīng)用于制造鎂/鋁雙金屬的焊接中,以提高Al和Mg兩種不同基材的結(jié)合強(qiáng)度。Guo等人在真空擴(kuò)散焊制備的ZK60Mg/5083Al雙金屬接頭中加入Zn作為中間層。界面處Mg2Zn相的形成抑制了鎂鋁金屬間化合物的形成，Zn的加入使界面處的抗剪強(qiáng)度從小于5MPa提高到38.56MPa。Chang等在AZ31Mg/AA6061-T6Al攪拌摩擦焊中加入厚度為0.5mm的Ni箔，使接頭的抗拉強(qiáng)度從95MPa提高到115MPa。合金元素的引入可導(dǎo)致其他二元或三元金屬間化合物的形成，消除焊接區(qū)域內(nèi)的Mg-Al 金屬間化合物，提高了Mg/Al接頭的結(jié)合強(qiáng)度。

為提高M(jìn)g/Al雙金屬的力學(xué)性能，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院材料加工與模具技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)采用新型復(fù)合鑄造法制備了Mg/Al雙金屬，研究了振動(dòng)對(duì)Mg/Al雙金屬界面組織和力學(xué)性能的影響。與無(wú)振動(dòng)Mg/Al雙金屬相比，振動(dòng)后Mg/Al雙金屬的剪切強(qiáng)度從31.7MPa提高到47.5MPa，提高了約50%，界面I層硬度增加，III層硬度降低。斷口形貌由無(wú)振動(dòng)的扁平斷口形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰?guī)則的鋸齒狀斷口形態(tài)。論文作者分別為關(guān)鋒，蔣文明，李光宇，朱俊文，王俊龍，解國(guó)杰，范子田，相關(guān)研究成果以題為“Effect of vibration on interfacial microstructure and mechanical properties of Mg/Al bimetal prepared by a novel compound casting”發(fā)表在“Journal of Magnesium and Alloys”上

鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2213956721003182#fig0002

圖1：實(shí)驗(yàn)示意圖

圖2：(a)采樣位置示意圖; (b)抗剪強(qiáng)度試驗(yàn)推出試驗(yàn)示意圖

圖3：Mg/Al雙金屬界面的光學(xué)形貌:(a)無(wú)振動(dòng);(b)與振動(dòng)。

圖4：Mg/Al雙金屬界面EDS圖譜分析結(jié)果:(a)無(wú)振動(dòng);(b)與振動(dòng)。

圖5：(a-d)分別對(duì)應(yīng)于圖4中a-d區(qū)域的無(wú)振動(dòng)界面層的SEM微觀結(jié)構(gòu);(e-h)分別對(duì)應(yīng)圖4中e-h區(qū)域的振動(dòng)掃描電鏡微觀結(jié)構(gòu)。

圖6：定量分析了振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)界面I層中mg2si相的分布。

圖7：振動(dòng)下Mg/Al雙金屬界面的XRD分析結(jié)果。

圖8：振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)Mg/Al界面的TEM分析圖:(a)和(b)無(wú)振動(dòng)時(shí)I層的TEM亮場(chǎng)圖;(c)、(f)和(h) (b)中mg2si、Al 3mg2和Al 18mg3mn2相的SAED圖;(d)、(e)、(g) (B)中A、B、C標(biāo)記區(qū)域的高分辨率TEM圖像;(i)帶振動(dòng)的i層透射電鏡亮場(chǎng)圖像。

圖9：通過(guò)EBSD測(cè)試，得到了有振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)Mg/Al雙金屬界面的取向分布和應(yīng)力圖:(a, b)無(wú)振動(dòng)時(shí)的取向分布和應(yīng)力圖;(c, d)隨振動(dòng)的方向分布和應(yīng)力圖。

圖10：Mg/Al雙金屬在有無(wú)振動(dòng)時(shí)的力學(xué)性能:(a) Mg/Al雙金屬界面的維氏硬度;(b) Mg/Al雙金屬的鍵合性能。

圖11：振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)Mg/Al雙金屬基體側(cè)剪切斷口形貌:(a)無(wú)振動(dòng)時(shí);(b)與振動(dòng)。

圖12：推拉試驗(yàn)后，試樣在振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)情況下斷口的掃描電鏡照片：(a)和(c)在無(wú)振動(dòng)情況下，Al基體和Mg基體兩側(cè)剪切斷口的宏觀形貌;(e)和(g)振動(dòng)時(shí)Al基體和Mg基體側(cè)剪切斷口宏觀形貌;(b)、(d)、(f)、(h)分別為(a)、(c)、(e)、(g)中觀察到的樣品的高倍顯微圖

圖13：(a)熱電偶測(cè)量結(jié)果;(b-d) (a)中I、II、III區(qū)溫度曲線和一階微分曲線。

圖14：Mg/Al雙金屬在5s、50s、100s凝固過(guò)程中有振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)的溫度場(chǎng)和流場(chǎng)模擬結(jié)果:(a-c)分別為5s、50s、100s無(wú)振動(dòng)時(shí)的溫度場(chǎng);(d-f) 5s、50s、100s時(shí)無(wú)振動(dòng)流場(chǎng);(g-i)振動(dòng)5s、50s、100s時(shí)的溫度場(chǎng);(j-l)振動(dòng)5s、50s、100s的流場(chǎng)

圖15：EBSD得到了有振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)時(shí)I層的方向分布。

圖16：振動(dòng)作用下mg2si相形貌的影響機(jī)理:(a)填充過(guò)程;(b)針狀Si自由進(jìn)入擴(kuò)散層;(c) Si元素?cái)U(kuò)散到熔體中，與Mg元素反應(yīng)形成mg2si;(d)團(tuán)聚的mg2si顆粒分散破碎;(e) mg2si的分布趨于均勻;(f)界面層形成。

圖17：振動(dòng)和無(wú)振動(dòng)試樣的維氏硬度測(cè)試壓痕。