導讀：振動對Mg/Al雙金屬界面組織和力學性能有顯著影響，但它并沒有改變由I層(Al3Mg2+Mg2Si)，II層(Al12Mg17+Mg2Si)和III層(Al12Mg17/δ-Mg)所構成的界面的相組成。無振動時，針狀Mg2Si主要聚集在界面II層。在振動產生后,SEM和EBSD分析結果表明,由于熔融金屬的強烈強制對流所產生的振動，Mg2Si和Al3Mg2界面中的相明顯細化, 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顆粒在界面凝固過程中不能作為非均相形核基。與無振動Mg/Al雙金屬相比，振動后Mg/Al雙金屬的剪切強度從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。斷口形貌由無振動的扁平斷口形態轉變為不規則的鋸齒狀斷口形態。

鎂合金和鋁合金的一系列突出優點，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、航空航天領域具有很大的應用潛力。然而，Al12Mg17的金屬間化合物(IMCs)是硬脆的，在Mg/Al界面區產生了Al3Mg2相和Al - 3mg - 2相，使Mg/Al接頭的力學性能急劇下降[13,14]。這嚴重限制了鎂鋁雙金屬在工業中的實際應用。為了解決這個問題，已經進行了許多調查

然而，在Mg/Al界面區產生了Al12Mg17相和Al3Mg2相的硬脆金屬間化合物(IMCs)，極大地降低了Mg/Al界面的力學性能，這嚴重限制了鎂鋁雙金屬在工業中的實際應用。為了解決這個問題，很多團隊開展了相應的研究，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兩種不同基材的結合強度。Guo等人在真空擴散焊制備的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，使接頭的抗拉強度從95MPa提高到115MPa。合金元素的引入可導致其他二元或三元金屬間化合物的形成，消除焊接區域內的Mg-Al 金屬間化合物，提高了Mg/Al接頭的結合強度。

為提高Mg/Al雙金屬的力學性能，華中科技大學材料科學與工程學院材料加工與模具技術國家重點實驗室團隊采用新型復合鑄造法制備了Mg/Al雙金屬，研究了振動對Mg/Al雙金屬界面組織和力學性能的影響。與無振動Mg/Al雙金屬相比，振動后Mg/Al雙金屬的剪切強度從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。斷口形貌由無振動的扁平斷口形態轉變為不規則的鋸齒狀斷口形態。論文作者分別為關鋒，蔣文明，李光宇，朱俊文，王俊龍，解國杰，范子田，相關研究成果以題為“Effect of vibration on interfacial microstructure and mechanical properties of Mg/Al bimetal prepared by a novel compound casting”發表在“Journal of Magnesium and Alloys”上

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

圖1：實驗示意圖

圖2：(a)采樣位置示意圖; (b)抗剪強度試驗推出試驗示意圖

圖3：Mg/Al雙金屬界面的光學形貌:(a)無振動;(b)與振動。

圖4：Mg/Al雙金屬界面EDS圖譜分析結果:(a)無振動;(b)與振動。

圖5：(a-d)分別對應于圖4中a-d區域的無振動界面層的SEM微觀結構;(e-h)分別對應圖4中e-h區域的振動掃描電鏡微觀結構。

圖6：定量分析了振動和無振動時界面I層中mg2si相的分布。

圖7：振動下Mg/Al雙金屬界面的XRD分析結果。

圖8：振動和無振動時Mg/Al界面的TEM分析圖:(a)和(b)無振動時I層的TEM亮場圖;(c)、(f)和(h) (b)中mg2si、Al 3mg2和Al 18mg3mn2相的SAED圖;(d)、(e)、(g) (B)中A、B、C標記區域的高分辨率TEM圖像;(i)帶振動的i層透射電鏡亮場圖像。

圖9：通過EBSD測試，得到了有振動和無振動時Mg/Al雙金屬界面的取向分布和應力圖:(a, b)無振動時的取向分布和應力圖;(c, d)隨振動的方向分布和應力圖。

圖10：Mg/Al雙金屬在有無振動時的力學性能:(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：振動和無振動時Mg/Al雙金屬基體側剪切斷口形貌:(a)無振動時;(b)與振動。

圖12：推拉試驗后，試樣在振動和無振動情況下斷口的掃描電鏡照片：(a)和(c)在無振動情況下，Al基體和Mg基體兩側剪切斷口的宏觀形貌;(e)和(g)振動時Al基體和Mg基體側剪切斷口宏觀形貌;(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)熱電偶測量結果;(b-d) (a)中I、II、III區溫度曲線和一階微分曲線。

圖14：Mg/Al雙金屬在5s、50s、100s凝固過程中有振動和無振動時的溫度場和流場模擬結果:(a-c)分別為5s、50s、100s無振動時的溫度場;(d-f) 5s、50s、100s時無振動流場;(g-i)振動5s、50s、100s時的溫度場;(j-l)振動5s、50s、100s的流場

圖15：EBSD得到了有振動和無振動時I層的方向分布。

圖16：振動作用下mg2si相形貌的影響機理:(a)填充過程;(b)針狀Si自由進入擴散層;(c) Si元素擴散到熔體中，與Mg元素反應形成mg2si;(d)團聚的mg2si顆粒分散破碎;(e) mg2si的分布趨于均勻;(f)界面層形成。

圖17：振動和無振動試樣的維氏硬度測試壓痕。