自然科學(xué)基金申請書正文報告撰寫提綱1. 面上項目正文報告撰寫提綱面上項目的申請應(yīng)有重要的科學(xué)意義，瞄準(zhǔn)國際科技發(fā)展前沿，在國家需求引導(dǎo)下的科學(xué)家自由探索。申請的項目理論依據(jù)充分，學(xué)術(shù)思想新穎，創(chuàng)新性強(qiáng)，通過研究可獲得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)獲取的重要進(jìn)展。面上項目，包括自由申請項目、青年科學(xué)基金項目、地區(qū)科學(xué)基金項目,申請者可自由選題。自由申請項目，采取非定向申請。申請者可根據(jù)國家自然科學(xué)基金委每年發(fā)布國家自然科學(xué)基金項目指南，提出資助的主要范圍、鼓勵研究領(lǐng)域提出申請；青年科學(xué)基金項目是促進(jìn)青年科技工作者的成長，培養(yǎng)和造就具有發(fā)展?jié)摿Φ膬?yōu)秀青年人才；地區(qū)科學(xué)基金項目，是加強(qiáng)對邊遠(yuǎn)地區(qū)、少數(shù)民族地區(qū)等科學(xué)研究基礎(chǔ)薄弱地區(qū)研究工作的支持，重點鼓勵和資助申請者結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源和自然條件特點提出的研究項目。所有申請書均由簡表（規(guī)范格式）及主體內(nèi)容即正文報告（自由格式）兩部分構(gòu)成。一、 簡表：計算機(jī)錄入專用表格，請在指定的位置選擇并按要求輸入正確信息。填寫必須準(zhǔn)確清楚，單位名稱以單位公章全稱填寫。代碼必須使用國家自然科學(xué)基金委員會當(dāng)年發(fā)布的申請項目分類目錄及代碼中所列的代碼。二、 正文報告：要求分欄目撰寫，條目清晰，標(biāo)題突出，以下內(nèi)容中斜體字部分撰寫后應(yīng)刪除。Mg/Al異種活性金屬焊接區(qū)微觀結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性研究正文報告提綱（一）立項依據(jù)與研究內(nèi)容（40008000字）： 1. 項目的立項依據(jù)（研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析。基礎(chǔ)研究需結(jié)合科學(xué)研究發(fā)展趨勢來論述科學(xué)意義；應(yīng)用研究需結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中迫切需要解決的關(guān)鍵科技問題來論述其應(yīng)用前景。）（附主要的參考文獻(xiàn)目錄）。1、項目的立項依據(jù)(1) 立項意義活性輕金屬鎂（Mg）、鋁（Al）及其合金是航空航天、電子、能源等高新技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用的金屬，其中鎂是近年來國家重點發(fā)展的新材料之一1-3。減輕重量、縮小體積一直是航空發(fā)動機(jī)和飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計追求的目標(biāo)。近年來，北美、歐洲和日本等發(fā)達(dá)國家加大投入進(jìn)行Mg基輕質(zhì)材料的開發(fā)與應(yīng)用研究，Mg合金應(yīng)用和重點研究從航空、軍工等領(lǐng)域擴(kuò)展到民用高附加值產(chǎn)業(yè)（如汽車、計算機(jī)和通訊等）1，特別是近年來由于節(jié)能和環(huán)境保護(hù)的要求，汽車將成為Mg合金應(yīng)用的重要領(lǐng)域。我國是世界上鎂資源最豐富的國家之一，但對鎂合金的研究與應(yīng)用還處于起步階段。Mg合金有許多獨特的優(yōu)點，如質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、抗沖擊等。鎂合金研究與推廣應(yīng)用的關(guān)鍵之一是鎂與異種金屬的焊接問題4。針對計算機(jī)、通訊和航空材料特殊性能的要求，將Mg和Al連接形成復(fù)合結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮兩種金屬不同的性能。實現(xiàn)Mg/Al異種活性金屬的可靠連接，獲得性能優(yōu)良的焊接接頭，能大大提高航空航天領(lǐng)域?qū)Y(jié)構(gòu)件性能的要求，具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值，在未來航空結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。Mg/Al異種活性金屬焊接的技術(shù)難度很大，采用常規(guī)的焊接方法難以獲得滿足使用性能要求的焊接接頭。Mg/Al異種活性金屬焊接的難度主要在于：1) Mg和Al都是活性、極易氧化的金屬，工件表面的氧化膜阻礙二者結(jié)合；2) Mg/Al熔焊接頭晶粒粗大，焊縫和熔合區(qū)存在界面反應(yīng)，易形成脆性相和強(qiáng)化相偏析，特別是Mg具有較大的熱脆性，接頭處產(chǎn)生的熱應(yīng)力易導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋。Mg/Al異種活性金屬的焊接是目前航空新材料研究的前沿課題，也是異種活性金屬結(jié)構(gòu)制造中急需解決的難題之一，具有開創(chuàng)性的意義。本課題的目的是研究Mg/Al異種活性金屬熔焊（電磁脈沖氬弧焊）和固相快速擴(kuò)散焊接頭區(qū)域微觀組織結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性，針對Mg/Al異種活性金屬熔焊接頭區(qū)域的脆性相形成與控制、擴(kuò)散焊界面結(jié)合強(qiáng)度、微觀組織結(jié)構(gòu)和性能、元素擴(kuò)散機(jī)制等進(jìn)行深入研究，揭示其內(nèi)在規(guī)律性。該項研究將為Mg/Al異種活性金屬焊接奠定試驗和理論基礎(chǔ)，對Mg及其合金異種活性金屬的焊接研究及應(yīng)用有重要的推動作用。該項研究以其獨特的技術(shù)優(yōu)勢可應(yīng)用于航空航天、電子、汽車、國防和軍事裝備等領(lǐng)域，具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。(2) 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢有關(guān)鎂、鋁及其合金同種材料的焊接，目前主要采用電子束焊5, 6、激光焊7、鎢極氬弧焊8、擴(kuò)散釬焊和攪拌摩擦焊等方法9-11。但對于Mg/Al異種活性金屬焊接的研究，國內(nèi)外的文獻(xiàn)極少。由于Mg/Al異種金屬采用熔焊方法時接頭區(qū)域晶粒粗大，焊縫中形成脆性的Mg-Al金屬間化合物，易導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋和接頭力學(xué)性能差，難以滿足工程中的使用要求。近年來Mg/Al異種金屬的固態(tài)焊接研究（如采用攪拌摩擦焊、擴(kuò)散焊等）受到各國研究者的關(guān)注12, 13。攪拌摩擦焊（Friction Stir Welding，簡稱FSW）是一種先進(jìn)的固態(tài)連接方法，具有許多獨特的優(yōu)點，是近幾年發(fā)達(dá)國家連接技術(shù)研究的熱點。例如，美國University of Texas的A.C.Somasekharan等針對Mg與6061鋁合金進(jìn)行了攪拌摩擦焊試驗并取得進(jìn)展12；日本Tohoku University學(xué)者S.Sato.Yutaka等針對Al-6063與鑄造Mg合金（AM50和AZ31）也進(jìn)行了攪拌摩擦焊試驗研究13；國內(nèi)還沒有Mg/Al攪拌摩擦焊方面的報導(dǎo)。攪拌摩擦焊在焊接Mg/Al異種活性金屬中存在的問題：一是攪拌摩擦焊依靠攪拌頭摩擦產(chǎn)生熱量，使元素擴(kuò)散和晶粒重新組合從而實現(xiàn)金屬的結(jié)合，對工件定位嚴(yán)格，只適合于平直接頭，受摩擦傳熱影響試板不能太厚；二是Mg、Al都是極易氧化的金屬，摩擦熱使Mg、Al氧化，在接頭處生成的氧化膜難以排除，影響Mg/Al界面擴(kuò)散結(jié)合。擴(kuò)散焊（Diffusion Bonding）是在固態(tài)下使接觸面之間的原子相互擴(kuò)散實現(xiàn)材料連接的方法。對于鎂及其合金同種材料擴(kuò)散焊的研究，日本H.Somekawa等采用加熱溫度300400，保溫時間72h，壓力220MPa，對純鎂進(jìn)行擴(kuò)散焊接試驗14，并對焊接接頭力學(xué)性能進(jìn)行了研究。對于異種鋁及其合金較多采用超塑性（SPF）與擴(kuò)散焊的組合工藝，并已成功的應(yīng)用于Ti-6Al-4V板結(jié)構(gòu)15。國內(nèi)外對Mg、Al活性金屬的焊接研究主要是同種金屬的焊接，集中于焊接區(qū)域裂紋16、化學(xué)不均勻性、接頭區(qū)組織性能等方面17, 18。大連理工大學(xué)采用活性化焊接（Activating flux-TIG，簡稱A-TIG）對鎂合金焊接接頭的組織特征進(jìn)行研究，表明除了焊縫熔深比常規(guī)TIG焊增加以外，涂敷活性劑的焊縫接頭的微觀組織沒有明顯變化8，沒有消除Mg合金熔合區(qū)附近的脆性相。由于活性輕金屬界面研究的復(fù)雜性和受測試手段的限制，對Mg/Al異種活性金屬的焊接研究很少，截止目前，公開發(fā)表的文獻(xiàn)只有幾篇12, 13, 17, 18。而且，現(xiàn)有的Mg及其合金異種金屬焊接研究主要是在特定的焊接工藝條件下針對某一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行的，缺乏系統(tǒng)性和相互之間的內(nèi)在聯(lián)系。如果能采用熔焊工藝和固相焊（如擴(kuò)散焊）工藝對Mg/Al異種活性金屬的焊接（包括工藝、接頭區(qū)組織、性能等）進(jìn)行系統(tǒng)研究，將大大推進(jìn)Mg/Al焊接研究的進(jìn)展和應(yīng)用。本項研究就是在這一指導(dǎo)思想下提出的。(3) 本課題組研究基礎(chǔ)和選題的依據(jù)本課題組在前期的科研工作中，針對Mg、Al、Ti等活性金屬，采用鎢極氬弧焊、真空釬焊、擴(kuò)散焊和攪拌摩擦焊等，進(jìn)行了大量的試驗研究并取得了經(jīng)驗，建立了較完備的實驗基礎(chǔ)，為Mg/Al異種活性金屬的焊接研究創(chuàng)造了條件。本項研究擬針對Mg/Al異種活性金屬，采用電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）和計算機(jī)嚴(yán)格控制的先進(jìn)的快速真空擴(kuò)散焊（HS-DB），開展Mg/Al異種活性金屬焊接區(qū)域微觀組織結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性研究，解決Mg/Al異種活性金屬焊接難題，對Mg及其合金以及Mg/Al復(fù)合焊接結(jié)構(gòu)的研究及應(yīng)用將產(chǎn)生推動作用。本項研究將特別針對：1）熔焊條件下Mg/Al熔合區(qū)附近脆性相的形成與控制、組織與性能的相關(guān)性等進(jìn)行研究；2）快速擴(kuò)散焊條件下的Mg/Al界面結(jié)合強(qiáng)度、活性元素界面擴(kuò)散機(jī)制等進(jìn)行深入研究。采用控制熔合區(qū)熔化和再結(jié)晶的電磁脈沖氬弧焊和適當(dāng)?shù)奶畛浣饘?，可以消除Mg/Al熔焊焊縫或熔合區(qū)附近的脆性相，獲得組織性能良好的焊接接頭?？焖僬婵諗U(kuò)散焊過程中，特殊的固態(tài)焊接條件能夠改變材料的常規(guī)物理冶金狀態(tài)，用于Mg/Al異種活性金屬可明顯提高其接頭性能。實現(xiàn)Mg/Al異種活性金屬的焊接具有廣闊的應(yīng)用前景，但目前Mg/Al異種活性金屬的焊接研究剛處于起步階段。本課題以具有良好塑性、韌性及耐腐蝕性和在航空、電子、汽車等領(lǐng)域有潛在應(yīng)用前景的Mg/Al新型輕質(zhì)材料為研究對象，采用電磁脈沖鎢極氬弧焊和快速擴(kuò)散焊實現(xiàn)Mg/Al異種活性金屬的可靠連接。分析不同工藝參數(shù)下獲得的Mg/Al焊接區(qū)域的微觀相結(jié)構(gòu)變化，研究快速擴(kuò)散焊過程中界面固態(tài)結(jié)合機(jī)制及元素的動態(tài)擴(kuò)散行為。該項研究立足于學(xué)科前沿、學(xué)科交叉，揭示Mg/Al異種活性金屬熔焊與固相擴(kuò)散焊接頭區(qū)域組織與性能內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性，為Mg/Al異種復(fù)合結(jié)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)用奠定重要的理論基礎(chǔ)，對加速Mg/Al異種焊接結(jié)構(gòu)在我國航空、電子、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的意義。參考文獻(xiàn)1. 曾榮昌, 柯偉, 徐永波等. Mg合金的最新發(fā)展及應(yīng)用前景. 金屬學(xué)報, 2001, 37 (7): 673685.2. 于彥東, 張凱鋒, 蔣大鳴等. MB15超塑性鎂合金擴(kuò)散連接試驗. 焊接學(xué)報, 2003, 24 (1): 6468.3. Y.Huang, N.Ridley, F.J.Humphreys et al. Diffusion bonding of superplastic 7075 aluminium alloys. Materials Science and Engineering, 1999, 266A: 295302.4. 黃伯云. 我國有色金屬材料現(xiàn)狀及發(fā)展戰(zhàn)略. 中國有色金屬學(xué)報, 2004, 14, 專輯1: 122127.5. A.Munitz, C.Cotler, H.Shaham et al. Electron beam welding of magnesium AZ91D plates. Welding Journal, 2000, 79 (7): 202s208s.6. S.F.Su, J.C.Huang, H.K.Lin et al. Electron-beam welding behavior in Mg-Al-based alloys. Metallurgical and Materials Transactions, 2002, 33A (5): 14611473.7. A. Weisheit, R. Galun, B.L. Mordike. CO2 laser beam welding of magnesium-based Alloys. Welding Journal, 1998, 77 (4): 149s154s.8. 張兆棟, 劉黎明, 王來. 鎂合金活性TIG焊焊接接頭組織特征分析, 焊接學(xué)報, 2004, 25 (4): 5558.9. W. D. Macdonald, T. W. Eagar. Isothermal solidification kinetics of diffusion brazing. 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Solidification crack sensitivity of TIG welded AZ31 magnesium alloy, Journal of Institute of Light Metals, 1999, 49 (12): 595599.17. 劉鵬, 李亞江, 王娟, 耿浩然. Mg/Al異種材料真空擴(kuò)散焊界面區(qū)域的顯微組織. 焊接學(xué)報, 2004, 25 (5): 58.18. L.Lu, Y.F.Zhang. Influence of process control agent on interdiffusion between Al and Mg during mechanical alloying, Journal of Alloys and Compounds, 1999, 290: 279283.摘 要： 采用電磁脈沖鎢極氬弧焊和計算機(jī)嚴(yán)格控制的快速擴(kuò)散焊，開展在航空、電子、汽車等領(lǐng)域有廣闊應(yīng)用前景的Mg/Al異種活性金屬的焊接研究，消除采用常規(guī)焊接方法在Mg/Al熔合區(qū)或界面處形成的脆性區(qū)。提出對Mg/Al熔合區(qū)和界面剪切強(qiáng)度和韌性進(jìn)行試驗評定的微剪切試驗，結(jié)合聲像顯微分析技術(shù)對焊接區(qū)微裂紋擴(kuò)展與斷裂進(jìn)行跟蹤拍攝和顯微圖像分析。研究熔合區(qū)或界面附近新相生成、微觀結(jié)構(gòu)和元素擴(kuò)散對組織性能的影響，揭示微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性，為Mg/Al異種復(fù)合結(jié)構(gòu)的開發(fā)應(yīng)用奠定重要的理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞： Mg/Al異種活性金屬；電磁脈沖氬弧焊；快速擴(kuò)散焊；微觀結(jié)構(gòu)2. 項目的研究內(nèi)容、研究目標(biāo), 以及擬解決的關(guān)鍵問題。（此部分為重點闡述內(nèi)容）(1) 研究目標(biāo)采用電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）和計算機(jī)嚴(yán)格控制的快速擴(kuò)散焊（HS-DB）技術(shù)實現(xiàn)對Mg/Al異種活性金屬的焊接，獲得熔合區(qū)或界面穩(wěn)定結(jié)合、性能優(yōu)異的焊接接頭。通過對Mg/Al異種焊接接頭或擴(kuò)散界面的微觀相結(jié)構(gòu)、元素分布及擴(kuò)散界面結(jié)合性能的研究，分別建立熔焊和擴(kuò)散焊條件下Mg/Al異種活性金屬焊接接頭形成的動力學(xué)模型，研究熔合區(qū)或界面附近的化學(xué)反應(yīng)、新相生成、微觀結(jié)構(gòu)和元素擴(kuò)散對組織性能的影響，尋求微觀結(jié)構(gòu)與宏觀性能之間內(nèi)在聯(lián)系的規(guī)律性。為Mg/Al異種復(fù)合材料的開發(fā)應(yīng)用提供重要的理論基礎(chǔ)和試驗依據(jù)。(2) 研究內(nèi)容1) 提出2種改進(jìn)的Mg/Al異種活性金屬焊接新工藝 采用電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）通過填加不同成分的填充金屬，實現(xiàn)Mg/Al異種金屬的可靠連接。通過控制工藝參數(shù)不使熔合區(qū)附近產(chǎn)生再結(jié)晶，消除采用常規(guī)熔焊方法在Mg/Al焊縫或熔合區(qū)處形成的脆性區(qū)。 通過計算機(jī)程序控制，在擴(kuò)散焊后期降溫階段充氮氣速冷等工藝措施，實現(xiàn)Mg/Al異種金屬的快速擴(kuò)散連接，形成性能穩(wěn)定可靠的擴(kuò)散焊接頭。研究快速擴(kuò)散焊工藝參數(shù)對固相條件下Mg/Al接頭形成、微裂紋傾向的影響。2) EMP-TIG和快速擴(kuò)散焊接頭的強(qiáng)韌性研究不同工藝參數(shù)條件下形成的電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）接頭的強(qiáng)度和韌性，特別是熔合區(qū)韌性及脆化傾向。通過計算機(jī)程序控制，研究擴(kuò)散焊工藝參數(shù)（加熱溫度、保溫時間、壓力、充氮氣速冷等）對Mg/Al界面擴(kuò)散過渡區(qū)寬度、界面剪切強(qiáng)度、顯微硬度和微裂紋擴(kuò)展的影響規(guī)律，提出快速擴(kuò)散焊工藝控制措施。從工程角度評定Mg/Al異種活性金屬快速擴(kuò)散焊結(jié)合界面的剪切強(qiáng)度和韌性。3) Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭的微觀相結(jié)構(gòu)采用電子顯微鏡（SEM、TEM）、X射線衍射（XRD）技術(shù)分析電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭區(qū)域的組織、精細(xì)結(jié)構(gòu)和相組成；用XQF-2000圖像分析儀對接頭區(qū)域的相組成進(jìn)行定量分析。采用XRD、SEM、TEM和電子探針（EPMA）分析熔合區(qū)和擴(kuò)散焊界面附近的精細(xì)結(jié)構(gòu)以及擴(kuò)散焊界面附近Mg、Al元素的擴(kuò)散分布。把熔合區(qū)和擴(kuò)散焊界面區(qū)域的力學(xué)性能（強(qiáng)度、韌性等）與微觀相結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系聯(lián)系起來進(jìn)行深入分析。4) Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊界面元素分布的數(shù)值分析針對形成的Mg/Al異種金屬電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭，根據(jù)電子探針（EPMA）實測數(shù)據(jù)和計算機(jī)數(shù)值模擬，分別建立Mg/Al異種金屬EMP-TIG熔焊接頭和快速擴(kuò)散焊界面元素分布的數(shù)值分析模型，確定Mg/Al熔合區(qū)和擴(kuò)散焊界面附近區(qū)域Mg、Al元素的擴(kuò)散系數(shù)，研究Mg/Al異種金屬EMP-TIG熔合區(qū)和快速擴(kuò)散焊界面附近元素的動態(tài)擴(kuò)散行為。(3) 擬解決的關(guān)鍵問題1）Mg、Al極易氧化，阻礙Mg/Al界面形成穩(wěn)定結(jié)合的擴(kuò)散過渡區(qū)，界面結(jié)合強(qiáng)度低。解決措施是提高真空度或增加抽真空時間（還原氧化膜）使基體金屬穩(wěn)定結(jié)合，但這與快速擴(kuò)散焊的預(yù)定目的相背離。因此，需改進(jìn)擴(kuò)散焊設(shè)備的控制系統(tǒng)，使之在加熱初始階段快速抽真空到高真空狀態(tài)（105Pa），保溫階段后期充氮氣快速冷卻。(界面擴(kuò)散初期對真空度要求較高，擴(kuò)散后期對真空度要求不高)。2）采用電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）通過調(diào)整工藝參數(shù)控制Mg/Al熔合區(qū)附近由于熔化而產(chǎn)生再結(jié)晶，消除采用常規(guī)熔焊方法時在Mg/Al異種活性金屬焊縫中或熔合區(qū)處形成的脆性區(qū)。3）Mg/Al異種金屬電磁脈沖鎢極氬弧焊熔合區(qū)附近以及有新相形成的Mg/Al擴(kuò)散焊界面附近元素擴(kuò)散的模擬計算需要一系列擴(kuò)散參數(shù)，特別是要考慮Mg、Al元素的交互影響，這些參數(shù)的試驗測定十分困難，擬采用在不同相結(jié)構(gòu)擴(kuò)散過渡區(qū)中分層測定和計算的方法解決這個難題。3. 擬采取的研究方案及可行性分析。（包括有關(guān)方法、技術(shù)路線、實驗手段、關(guān)鍵技術(shù)等說明）(1) 研究方法和技術(shù)路線以Mg/Al異種活性金屬電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）和快速擴(kuò)散焊工藝性試驗為突破口，獲得Mg/Al異種活性金屬穩(wěn)定結(jié)合和性能優(yōu)異的焊接接頭，對Mg/Al異種活性金屬電磁脈沖鎢極氬弧焊和快速擴(kuò)散焊接頭微觀組織結(jié)構(gòu)、脆性相和元素擴(kuò)散等進(jìn)行研究。擬采取的技術(shù)路線：工件預(yù)處理 工藝參數(shù)控制 EMP-TIG或快速擴(kuò)散焊 界面強(qiáng)韌性控制 熔合區(qū)或界面微觀相結(jié)構(gòu)（接頭形成機(jī)制）熔合區(qū)或界面元素擴(kuò)散 相關(guān)性分析。 (2) 實驗方案1) Mg/Al異種活性金屬焊接工藝 電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）工藝 采用四種不同的焊絲（無Mg、低Mg、中Mg、高M(jìn)g）作為填充金屬材料。通過調(diào)整電磁脈沖鎢極氬弧焊工藝參數(shù)（如電流、電壓、脈沖電流、焊速等），控制熔合區(qū)熔化以及產(chǎn)生再結(jié)晶的條件，實現(xiàn)Mg/Al異種金屬的可靠連接和制備不同工藝參數(shù)的系列EMP-TIG接頭試樣。 Mg/Al異種活性金屬快速擴(kuò)散焊工藝 常規(guī)真空擴(kuò)散焊工藝需要幾個小時，甚至更長的時間（主要是降溫時間長）。采用計算機(jī)程序控制和充氮氣速冷的Mg/Al快速擴(kuò)散焊工藝可成倍縮短焊接時間，工藝參數(shù)采用計算機(jī)程序自動精確控制。通過不同工藝參數(shù)（如溫度、時間、壓力、真空度、充氬快冷等）的快速擴(kuò)散焊工藝性試驗，制備不同工藝參數(shù)條件下的系列Mg/Al快速擴(kuò)散焊接頭試樣。2) Mg/Al異種金屬電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）接頭強(qiáng)韌性 對不同工藝參數(shù)下的系列EMP-TIG焊接接頭進(jìn)行強(qiáng)度和韌性試驗，特別是針對EMP-TIG焊接熔合區(qū)，通過顯微硬度試驗判定其脆性相，對熔合區(qū)微裂紋擴(kuò)展進(jìn)行顯微圖像研究，分析工藝參數(shù)對熔合區(qū)脆性相形成（韌性）的影響及控制措施。3) Mg/Al快速擴(kuò)散界面抗裂性和剪切強(qiáng)度試驗 采用微剪切試驗對Mg/Al快速擴(kuò)散焊結(jié)合界面的剪切強(qiáng)度和韌性進(jìn)行試驗評定，結(jié)合聲像顯微分析技術(shù)對界面微裂紋萌生、擴(kuò)展與斷裂形態(tài)進(jìn)行觀測和跟蹤拍攝，用顯微圖像分析儀和計算機(jī)對測試結(jié)果進(jìn)行圖像分析。4) Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭區(qū)域的組織結(jié)構(gòu) 通過電鏡（SEM、TEM）、高分辨電鏡研究Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭區(qū)域的組織、脆性相和相組成形態(tài)。采用電子探針（EPMA）和X-射線衍射技術(shù)對Mg/Al擴(kuò)散焊界面過渡區(qū)的成分和相結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)合計算機(jī)技術(shù)進(jìn)行接頭微觀圖像和數(shù)據(jù)定量分析，揭示Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭形成的微觀機(jī)制。5) Mg/Al電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊接頭區(qū)域元素擴(kuò)散的數(shù)值分析 采用電子探針（EPMA）對Mg/Al電磁脈沖TIG焊熔合區(qū)和快速擴(kuò)散焊界面附近區(qū)域的元素擴(kuò)散分布進(jìn)行測定，通過計算機(jī)模擬對Mg/Al熔合區(qū)和擴(kuò)散焊界面附近Mg、Al元素分布進(jìn)行數(shù)值分析，揭示電磁脈沖TIG焊和快速擴(kuò)散焊工藝參數(shù)對Mg/Al異種金屬焊接區(qū)域元素擴(kuò)散的影響。(3) 可行性分析申請者所在的實驗室是教育部重點實驗室，已創(chuàng)造了國內(nèi)先進(jìn)的用于學(xué)術(shù)研究的試驗和測試條件。特別是擁有從美國真空工業(yè)公司（C/VI公司）引進(jìn)的具有世界領(lǐng)先水平的真空擴(kuò)散焊設(shè)備（該設(shè)備目前在國內(nèi)是最先進(jìn)的）。本課題組多年從事先進(jìn)材料特種焊接技術(shù)研究，特別是針對各種異種材料的焊接，積累了經(jīng)驗并建立了一定的理論、實驗和物質(zhì)基礎(chǔ)。近幾年針對Mg、Al、Ti活性金屬異種材料的鎢極氬弧焊、真空釬焊和真空擴(kuò)散焊做了大量的試驗研究，系列研究論文60余篇發(fā)表在國內(nèi)外重要刊物（如Journal of Material Science、Welding Journal等）上。這些論文不僅揭示了異種材料焊接區(qū)域（特別是擴(kuò)散焊界面）微觀組織結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，提出一些創(chuàng)新性的新概念，而且有些已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。本課題組是一支中青年結(jié)合的實干隊伍，課題負(fù)責(zé)人在先進(jìn)材料焊接研究方面已指導(dǎo)博士生3人，碩士生8人。課題組成員中3人具有博士學(xué)位，1人正在攻讀博士學(xué)位，學(xué)術(shù)梯隊配置合理、試驗設(shè)備和各種檢測儀器齊全，有從事較高層次科學(xué)研究的經(jīng)驗。課題組已經(jīng)具備了一定的物質(zhì)基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)，對該研究課題具有濃厚興趣，充滿信心，并且研究內(nèi)容相對集中。本項研究可得到廣州有色金屬研究院等單位的全力支持（提供試驗和應(yīng)用場所），有應(yīng)用背景。在前期工作中已捕捉到國內(nèi)外的一些最新研究信息，具備完成本項課題任務(wù)的條件。(4) 本項目的特色與創(chuàng)新之處1) 立足學(xué)科前沿，針對具有發(fā)展前景的輕金屬Mg和Al，提出先進(jìn)的電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）和Mg/Al快速擴(kuò)散焊方法，通過控制工藝參數(shù)不使熔合區(qū)附近產(chǎn)生再結(jié)晶，消除了采用常規(guī)焊接方法在Mg/Al接頭處或界面附近形成的脆性區(qū)。2) 提出對Mg/Al電磁脈沖鎢極氬弧焊和快速擴(kuò)散焊接頭性能進(jìn)行定量評定的微剪切試驗方法，結(jié)合聲像顯微分析技術(shù)對接頭區(qū)域或界面附近微裂紋萌生、擴(kuò)展與斷裂形態(tài)進(jìn)行追蹤和計算機(jī)圖像分析。3) 建立有新相生成的Mg/Al擴(kuò)散界面原子動態(tài)擴(kuò)散模型，將Mg/Al熔合區(qū)和擴(kuò)散界面附近的微觀相結(jié)構(gòu)變化與元素的動態(tài)擴(kuò)散行為及宏觀性能聯(lián)系起來，揭示其相關(guān)性和內(nèi)在的規(guī)律性。4. 年度研究計劃及預(yù)期研究結(jié)果。（包括擬組織的重要學(xué)術(shù)交流活動、國際合作與交流計劃等） 整個研究工作在3年內(nèi)完成：(1) 2006年1月2006年6月 Mg/Al異種金屬電磁脈沖鎢極氬弧焊（EMP-TIG）工藝性試驗，完成系列試樣的制備與切?。粚MP-TIG焊接接頭區(qū)域的強(qiáng)度和韌性進(jìn)行試驗評定。(2) 2006年7月2006年12月 Mg/Al異種金屬快速擴(kuò)散焊工藝性試驗，設(shè)備調(diào)整、最佳工藝參數(shù)（如溫度、保溫時間、壓力、充氮速冷等）的確定；完成系列Mg/Al快速擴(kuò)散焊試樣制備、切取，完成微裂紋擴(kuò)展試驗的計算機(jī)顯微圖像分析。(3) 2007年012007年12月 Mg/Al異種金屬焊接接頭區(qū)域微觀組織、相結(jié)構(gòu)與性能的相關(guān)性研究， 1) 工藝參數(shù)對Mg/Al異種金屬EMP-TIG接頭區(qū)域組織與強(qiáng)度和韌性的影響； 2) 工藝參數(shù)對Mg/Al異種金屬快速擴(kuò)散焊界面附近微觀組織、結(jié)構(gòu)與性能的影響。(4) 2008年1月2008年12月Mg/Al異種金屬EMP-TIG熔合區(qū)和快速擴(kuò)散焊界面元素擴(kuò)散的計算機(jī)數(shù)值分析，包括EMP-TIG熔合區(qū)和擴(kuò)散界面附近元素的電子探針分析、計算機(jī)數(shù)據(jù)處理、模型建立及元素擴(kuò)散分布的數(shù)值模擬等；提出結(jié)題報告。預(yù)期研究成果本項目將對Mg/Al異種活性金屬的焊接發(fā)展產(chǎn)生重要影響，研究成果以專利、論文及相應(yīng)計算軟件的形式提出。1) 圍繞本課題內(nèi)容在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)刊物及重要國際學(xué)術(shù)會議上發(fā)表論文1015篇（被SCI收錄68篇, 被EI收錄810篇）；2) 申請國家發(fā)明專利2項；3) 提出適用于Mg/Al異種金屬EMP-TIG熔合區(qū)和快速擴(kuò)散焊界面數(shù)值分析的計算機(jī)應(yīng)用軟件。（二）研究基礎(chǔ)與工作條件1、 工作基礎(chǔ)（與本項目相關(guān)的研究工作積累和已取得的研究工作成績）課題申請人多年從事先進(jìn)材料的特種焊接研究工作，已完成6項?。ú浚┘壙蒲姓n題，作為第一完成人獲得?。ú浚┘壙萍歼M(jìn)步三等獎3項、獲教育部自然科學(xué)一等獎1項（排名第2位）。在活性金屬Mg、Al、Ti異種材料焊接及擴(kuò)散焊研究方面，本課題組做了大量的工作，探索到許多寶貴的經(jīng)驗。近年來本課題組在Journal of Material Science, Bulletin of Materials Science, Materials Research Bulletin, Welding Journal以及機(jī)械工程學(xué)報,金屬學(xué)報等國際、國內(nèi)重要學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表論文130多篇，有70多篇論文被SCI、EI收錄。受到國內(nèi)外同行專家的關(guān)注，相關(guān)論文被引用100多次。美國、英國、加拿大、烏克蘭、印度、日本等國家的研究機(jī)構(gòu)、公司和學(xué)者先后來函索取資料，給予高度評價。課題組與美國俄亥俄州立大學(xué)（Ohio State University）建立了合作研究關(guān)系。在與本課題有關(guān)的研究領(lǐng)域，申請者已積累了較豐富的科研工作經(jīng)驗，探索出一些解決這類問題的新工藝和研究方法。近年來主持和完成的相關(guān)課題有：Fe3Al 復(fù)合材料擴(kuò)散焊及界面結(jié)構(gòu)的相關(guān)性研究（國家自然科學(xué)基金）、含液態(tài)擴(kuò)散基因的異種材料真空擴(kuò)散焊及界面結(jié)構(gòu)（國家教育部訪問