[发明专利]一种含中间层的高强耐蚀铝/镁异种合金接头及其制备方法

说明书

本发明为一种含中间层的高强耐蚀铝/镁异种合金接头，所述的合金接头由上到下依次为铝合金、中间层和镁合金；所述铝合金为5系或6系铝合金板材，所述镁合金为AZ系或ZK系镁合金板材，所述中间层为Co‑Cr复合金属涂层；所述Co‑Cr复合金属涂层的厚度为2.8～6.6μm。本发明可以有效减缓Al与Mg之间的反应，抑制界面处Al‑Mg金属间化合物的形成，改善接头微观组织结构，进而提高接头力学强度和腐蚀性能，满足多材料车身中铝/镁异种合金接头的使用要求。

技术领域

本发明属于异种材料连接领域，具体涉及铝合金与镁合金异种接头的制备方法。

背景技术

我国汽车市场的快速增长给环境保护和能源储备带来很大压力，在人居环境日益恶化、能源储量总体不足的背景下，汽车的节能减排尤为迫切。对于满足欧IV排放标准的汽车，每百公里油耗Y和汽车自重X之间存在简单的线性关系：Y＝0.003X+3.3434，可见汽车轻量化是我国汽车工业可持续发展的重要途径。

汽车轻量化通常按照车身-底盘-动力总成-电气和空调系统的顺序进行，车身系统约占整车质量的1/4～1/3，车身轻量化可以直接降低整车质量，在保证原有安全和动力性能不变的前提下，底盘系统和动力总成可以相应减重，在此基础上匹配更轻的电气和空调系统，从而实现整车轻量化的良性循环。多材料车身在兼顾质量和成本的前提下，通过在不同部位使用合适的材料和制造工艺，可有效提升汽车刚度、碰撞性能、机械疲劳和耐腐蚀性能，是汽车轻量化领域的研究热点。铝合金和镁合金作为重要的汽车轻量化材料，在多材料车身中应用前景广阔，合适的铝/镁异种合金连接工艺及接头质量是提升汽车轻量化效果的关键因素，近年来已得到汽车企业的广泛关注。

研究表明，传统熔焊工艺(氩弧焊、电阻焊、激光焊等)会在铝/镁异种合金界面处形成与母材物理化学性质迥异的Al-Mg金属间化合物，这些硬而脆的有害相会引发接头产生电化学腐蚀和应力变形，对接头质量造成严重影响。车辆在行驶时会暴露在风霜雨雪、高温高湿、化学侵蚀、砂石飞溅等恶劣环境中，异质接头中的物相差异和微观缺陷(如气孔、裂纹、缝隙等)会加速车身的腐蚀，同时颠簸震动会引起接头强度下降而发生断裂，破坏车辆性能，因此需要开发高强耐蚀铝/镁异种合金接头的制备方法。

发明内容

本发明针对铝/镁异种合金接头强度低、腐蚀性能差的问题，提供了一种含中间层的高强耐蚀铝/镁异种合金接头，即在镁合金和铝合金之间添加Co-Cr复合金属涂层作为中间层，形成铝合金/中间层/镁合金异种接头。Co-Cr中间层具有良好的热稳定性，可以减缓Al与Mg之间的剧烈反应；并且Co和Cr表面可形成稳定致密的钝化膜，能够提高接头的耐腐蚀性能。制备方法结合了离子注入沉积与搅拌摩擦焊，通过Cr离子注入沉积(形成内层)和Co离子注入沉积(形成外层)在镁合金表面制备Co-Cr中间层，然后利用搅拌摩擦焊对铝合金/中间层/镁合金接头进行连接。

本发明的技术方案为：

一种含中间层的高强耐蚀铝/镁异种合金接头，所述接头由上到下依次为铝合金、中间层、镁合金；所述铝合金为5系或6系铝合金板材，所述镁合金为AZ系或ZK系镁合金板材，所述中间层为Co-Cr复合金属涂层；

所述Co-Cr复合金属涂层厚度为2.8～6.6μm；

所述接头的抗拉强度为3.5～4.2kN；自腐蚀电位为-1.16～-0.82V，自腐蚀电流密度为3.0×10^-7～5.0×10^-8A/cm²。

一种高强耐蚀铝/镁异种合金接头的制备方法，包括如下步骤：

第一步：板材表面预处理