游國強(qiáng)，郭 偉，張秀麗，文恒玉，沈 鷺

(1重慶大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400045；2國家鎂合金材料工程技術(shù)研究中心，重慶 400044)

鎂合金是目前最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料(密度約為鋁的2/3、鋼的1/4)，具有比強(qiáng)度和比剛度高、導(dǎo)熱導(dǎo)電性與阻尼性好、電磁屏蔽、易于成型加工及回收再生等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)的綠色工程材料”，并在航空航天、汽車、3C等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[1-2]。近年來，隨著鎂合金結(jié)構(gòu)件用量的增長(zhǎng)，其連接問題日益凸顯；焊接作為當(dāng)前最主要的連接技術(shù)之一，在鎂合金連接上的應(yīng)用也備受學(xué)術(shù)界和工程界的重視。

鎂合金熔點(diǎn)低，熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率及熱膨脹系數(shù)高，化學(xué)活性強(qiáng)，因此在熔化焊接過程中易于產(chǎn)生晶粒粗大、氧化蒸發(fā)、熱應(yīng)力、氣孔、裂紋等問題[3-6]，鎂合金與其他異種金屬熔化焊的工藝性也較差[7-8]。相比之下，摩擦焊作為一種固相焊接方法，在焊接過程中被焊接材料通常不熔化，有利于避免熔焊時(shí)易出現(xiàn)的氧化、蒸發(fā)、氣孔、熱裂紋等工藝缺陷；而且摩擦焊還具有高效、節(jié)能、適合同種及異種材料焊接等優(yōu)點(diǎn)，尤其在棒、管等回轉(zhuǎn)體的焊接上具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)；因此，近年來，鎂合金的摩擦焊開始引起研究者們的廣泛關(guān)注。本文綜述了近年來鎂-鎂和鎂-鋁摩擦焊的研究現(xiàn)狀，并指出了鎂合金摩擦焊目前存在的主要問題和今后的發(fā)展方向。

1 摩擦焊

摩擦焊[9-10]是利用工件表面相互摩擦所產(chǎn)生的熱，使端面達(dá)到熱塑性狀態(tài)，然后迅速頂鍛，完成焊接的一種壓焊方法(如圖1所示)。摩擦焊是一種優(yōu)質(zhì)、精密、高效、節(jié)能的固相焊接技術(shù)，可用于同種和異種材料的焊接，尤其適合活塞桿、閥門、鉆桿、渦輪轉(zhuǎn)子等回轉(zhuǎn)體類構(gòu)件的焊接。與熔焊相比，摩擦焊接合面通常不發(fā)生熔化，熱影響區(qū)窄，熔合區(qū)金屬為鍛造組織，壓力和扭矩使得焊縫組織致密、晶粒細(xì)化、夾雜物彌散分布，不產(chǎn)生粗大的柱狀晶、裂紋和氣孔等缺陷；與擴(kuò)散焊、電阻焊等固相連接技術(shù)相比，摩擦焊接過程中材料發(fā)生劇烈塑性流動(dòng)，可有效除去接觸面污染物，獲得高質(zhì)量接頭。

圖1 摩擦焊及接頭示意圖Fig.1 Schematic diagram of friction welding and joint

摩擦焊工藝從控制方式上可分為慣性摩擦焊和連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊。慣性摩擦焊時(shí)首先由電機(jī)驅(qū)動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)到預(yù)定轉(zhuǎn)速，然后飛輪與電機(jī)脫開，通過摩擦使飛輪的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能進(jìn)行焊接；連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊時(shí)電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)使焊件接觸面摩擦生熱，當(dāng)達(dá)到設(shè)定摩擦?xí)r間或縮短量時(shí)，主軸停轉(zhuǎn)，并在頂鍛壓力作用下完成焊接，整個(gè)過程大致可分為3個(gè)階段：干摩擦、穩(wěn)定摩擦、頂鍛(如圖2所示)。與連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊相比，慣性摩擦焊具有更短的焊接時(shí)間和更高的加熱速率等優(yōu)點(diǎn)，但是其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通過更換飛輪或組合不同尺寸的飛輪而改變，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，并且設(shè)備昂貴，因而國內(nèi)外慣性摩擦焊機(jī)相對(duì)較少[11-12]。目前，研究鎂合金慣性摩擦焊的報(bào)道很少[13]，大多采用連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊工藝，因此本文重點(diǎn)對(duì)鎂合金連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊的研究進(jìn)行綜述。

圖2 摩擦焊接過程中主要參數(shù)隨時(shí)間變化的曲線Fig.2 Curves of parameters with time in friction welding

目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)連續(xù)驅(qū)動(dòng)摩擦焊熱力耦合過程的溫度場(chǎng)、金屬塑性流場(chǎng)、焊接工藝參數(shù)等開展了大量研究[14-19]。

摩擦焊溫度場(chǎng)的研究主要借助熱電偶、紅外熱像儀和有限元數(shù)值模擬。接頭溫度梯度在徑向和軸向都非常大，初始階段界面溫度沿徑向變化呈“M”形，穩(wěn)定摩擦階段呈“V”形，中心溫度最低，易出現(xiàn)熱量不足[14]。數(shù)值模擬結(jié)果[18]表明接頭界面平均溫度隨轉(zhuǎn)速提高而逐漸提高，隨摩擦壓力提高而急劇降低。

摩擦焊過程中塑性變形層的形成與高溫區(qū)的擴(kuò)展密切相關(guān)：摩擦升溫開始時(shí)，界面摩擦線速度呈直線規(guī)律分布，外圓最大，中心等于零；摩擦應(yīng)力在界面周邊小，中心大；綜合作用下，摩擦加熱功率最大的區(qū)域在界面上距圓心1/2～2/3半徑處，塑性變形和機(jī)械挖掘的表面金屬組成的環(huán)狀加熱帶首先形成，然后熱量逐漸沿軸向?qū)С?，環(huán)狀加熱帶面積擴(kuò)大。材料流動(dòng)在不同階段具有不同特征：摩擦階段，材料主要沿軸向流動(dòng)；頂鍛階段，在頂鍛壓力作用下，摩擦面邊緣材料向外流動(dòng)形成飛邊。

由于摩擦焊過程中復(fù)雜的熱力耦合，以及材料的熱物理性能和力學(xué)性能隨溫度的變化，理論研究變得困難，數(shù)值模擬有助于更好地理解接頭產(chǎn)熱和材料塑性流動(dòng)，從而優(yōu)化焊接工藝。目前的研究主要以鋼為對(duì)象，基于摩擦焊為穩(wěn)態(tài)過程的假設(shè)建立了解析模型[18-19]。

摩擦焊工藝參數(shù)的選擇取決于材料的尺寸、強(qiáng)度、熱導(dǎo)率等性質(zhì)。其中：轉(zhuǎn)速和摩擦壓力直接影響摩擦扭矩、摩擦加熱功率、接頭溫度場(chǎng)、塑性層厚度以及摩擦變形速率；摩擦?xí)r間影響接頭的溫度場(chǎng)和質(zhì)量，摩擦?xí)r間過短則界面加熱不充分、會(huì)出現(xiàn)未結(jié)合缺陷，反之則高溫區(qū)易過熱、熱影響區(qū)過大、變形也大；頂鍛力很大程度上決定了頂鍛變形量，其作用是擠出熱塑性金屬、氧化物等雜質(zhì)，鍛壓焊縫，使結(jié)合牢固。

2 Mg-Mg摩擦焊

鎂及鎂合金熔化焊的焊接性不佳，但已有研究表明其具有良好的摩擦焊接性。目前鎂合金同種材料摩擦焊的研究比較全面，包括工藝參數(shù)對(duì)接頭微觀組織及力學(xué)性能的影響、溫度場(chǎng)、接頭性能預(yù)測(cè)、焊后熱處理等。

2.1 同種鎂合金的摩擦焊

20世紀(jì)90年代初Asahina和Tokisue等[20-23]在氬氣保護(hù)下進(jìn)行了AZ31鎂合金以及純鎂的摩擦焊，并分析了接頭的微觀組織和力學(xué)性能。熱電偶測(cè)得焊接界面最高溫度(823K)低于母材熔點(diǎn)(903K)，未發(fā)現(xiàn)熔化層。圖3為接頭微觀組織，焊縫界面附近很窄的區(qū)域中纖維織構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)晶結(jié)構(gòu)，熱影響區(qū)形成與飛邊流動(dòng)方向一致的纖維織構(gòu)，硬度測(cè)試表明接頭無軟化現(xiàn)象。AZ31鎂合金接頭的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率隨摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)而提高，接頭最高強(qiáng)度達(dá)母材的90%，最高伸長(zhǎng)率為母材的75%。由于界面處的纖維織構(gòu)消失，接頭的抗沖擊性能略低于母材。疲勞測(cè)試接頭幾乎都在界面處斷裂，疲勞強(qiáng)度低于母材。焊縫拉伸試樣的斷口分析表明中心區(qū)域因摩擦生成的熱量不足而未完全結(jié)合。純鎂接頭的抗拉強(qiáng)度隨摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)和摩擦壓力的提高而提高，在合適參數(shù)條件下，接頭抗拉強(qiáng)度達(dá)母材的87%，伸長(zhǎng)率高于母材，沖擊強(qiáng)度為母材的1.8倍[22]。

圖3 Mg-Mg合金摩擦焊接頭微觀組織[20]Fig.3 Microstructures of Mg-Mg alloys friction welded joint[20]

鑄態(tài)鎂合金的摩擦焊接報(bào)道相對(duì)較少，目前已有研究表明鑄態(tài)AE42-HP鎂合金[24-25]以及AZ31B鎂合金基復(fù)合材料[26]具有良好的摩擦焊接性。熱電偶測(cè)得鎂合金AE42-HP接頭界面最高溫度(562.26℃)低于母材熔點(diǎn)，為固相焊接。與擠壓態(tài)鎂合金接頭組織不同，鑄態(tài)鎂合金接頭由界面附近動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)晶粒、碎片狀晶粒構(gòu)成的熱-力影響區(qū)以及熱影響區(qū)組成。不同鑄態(tài)鎂合金接頭性能具有明顯差異：AE42-HP接頭力學(xué)性能與母材相當(dāng)，接頭斷裂未發(fā)生在界面；而AZ31B復(fù)合材料接頭最高抗拉強(qiáng)度僅為母材的75%，材料塑性流變導(dǎo)致強(qiáng)化顆粒留在界面并發(fā)生破裂，拉伸過程中應(yīng)力集中于這些顆粒上，從而導(dǎo)致斷裂。金屬基復(fù)合材料的摩擦焊及其優(yōu)化有待進(jìn)一步研究。

雖然大量研究表明AZ31鎂合金的摩擦焊接頭具有良好的性能，但是分析焊接參數(shù)對(duì)接頭性能的影響并確定最優(yōu)參數(shù)組合一直是研究者們關(guān)注的重點(diǎn)，目前主要通過多參數(shù)完全實(shí)驗(yàn)[27-28]、正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[29]、聲發(fā)射技術(shù)[30-32]優(yōu)化焊接工藝。工件軸向縮短是摩擦焊接頭最為顯著的特征，也是多個(gè)焊接參數(shù)的綜合體現(xiàn)，研究發(fā)現(xiàn)縮短量與接頭的性能密切相關(guān)，對(duì)于AZ31鎂合金存在臨界縮短量17mm。Kang等[29]采用正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了直徑20mm的AZ31鎂合金棒摩擦焊工藝，在恒定轉(zhuǎn)速2000r/min條件下，通過拉伸實(shí)驗(yàn)測(cè)試接頭力學(xué)性能，并確定了優(yōu)化的工藝參數(shù)：摩擦壓力35MPa, 頂鍛壓力70MPa, 摩擦?xí)r間1.5s, 頂端時(shí)間3s。由于摩擦焊過程材料塑性變形釋放出聲發(fā)射信號(hào)，研究發(fā)現(xiàn)聲發(fā)射傳感器檢測(cè)的信號(hào)和接頭的抗拉強(qiáng)度密切相關(guān)，已有報(bào)道將聲發(fā)射無損檢測(cè)技術(shù)用于預(yù)測(cè)鎂合金摩擦焊接頭的力學(xué)性能，并通過線性回歸獲得預(yù)測(cè)方程，從而實(shí)現(xiàn)了接頭力學(xué)性能的即時(shí)預(yù)測(cè)[30-32]。

雖然鎂合金摩擦焊接頭易于獲得再結(jié)晶細(xì)晶粒組織，有利于獲得良好的力學(xué)性能，但其組織的熱穩(wěn)定性也是一個(gè)重要因素。Fukumoto等[33-35]進(jìn)行了AZ31鎂合金摩擦焊接頭熱處理，熱處理前緊鄰界面區(qū)域?yàn)榧?xì)小的再結(jié)晶晶粒，中心區(qū)細(xì)小晶粒尺寸約1.1μm。熱處理后晶粒長(zhǎng)大，晶粒尺寸不超過15μm時(shí)，熱處理前后接頭抗拉強(qiáng)度和抗疲勞強(qiáng)度均與母材相當(dāng)，大部分接頭斷裂未發(fā)生在界面。

2.2 異種鎂合金的摩擦焊

不同牌號(hào)及工藝狀態(tài)鎂合金之間的摩擦焊接頭組織與性能具有不同特征，目前相關(guān)研究報(bào)道較少。由于不同鎂合金之間的成分和力學(xué)性能存在差異，焊接性也會(huì)不同，摩擦焊時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些異種材料焊接時(shí)表現(xiàn)出的特征，如：不對(duì)稱飛邊、機(jī)械混合層、化合物等。由于母材組織不同，AZ31變形鎂合金與AZ91鑄態(tài)鎂合金的摩擦焊接頭界面兩側(cè)形成了不同的微觀組織[36]：AZ91側(cè)為細(xì)化晶粒，AZ31側(cè)為沿飛邊的纖維織構(gòu)。硬度測(cè)試結(jié)果表明界面處硬度高于母材，AZ91側(cè)硬度提高，AZ31側(cè)硬度無明顯變化；接頭抗拉強(qiáng)度與母材相當(dāng)，伸長(zhǎng)率低于母材。Fukumoto等[37]進(jìn)行了AZ31與AM60鎂合金摩擦焊接，摩擦過程中兩種材料之間的黏附和剝離交替進(jìn)行，得到的接頭組織為兩種材料的混合層，接頭AZ31側(cè)組織得到細(xì)化，AM60側(cè)組織為α-Mg和Mg17Al12組成的層狀結(jié)構(gòu)，接頭強(qiáng)度和韌性介于兩種材料之間。

綜上所述，Mg-Mg摩擦焊的焊接性較好，摩擦焊界面溫度通常低于母材熔點(diǎn)，為固相焊接；在合適參數(shù)下獲得的接頭無明顯氣孔、夾雜、未焊合等缺陷，接頭強(qiáng)度與母材相當(dāng)，疲勞強(qiáng)度弱于母材，接頭力學(xué)性能測(cè)試斷裂多發(fā)生在界面及熱影響區(qū)；其接頭為典型鍛造組織：再結(jié)晶細(xì)晶粒區(qū)、熱-力影響區(qū)、熱影響區(qū)；異種牌號(hào)鎂合金接頭還可觀察到機(jī)械混合層。

3 Mg-Al異種材料摩擦焊

鎂合金是最具發(fā)展?jié)摿Φ妮p合金之一，而鋁合金是目前工業(yè)應(yīng)用最廣泛的輕合金，二者的電極電位接近，相對(duì)于鎂-鋼、鎂-銅等而言，鎂-鋁接頭的抗電化學(xué)腐蝕能力更強(qiáng)，因此鎂-鋁異種材料焊接研究具有較強(qiáng)的工程價(jià)值和學(xué)術(shù)意義。

熔焊方法已用于Mg-Al異種焊接的研究[38-40]，但結(jié)果表明要獲得優(yōu)質(zhì)接頭比較困難，除了二者在物理、化學(xué)性質(zhì)上存在差異外，最主要的原因是接頭會(huì)生成大量連續(xù)分布的脆硬金屬間化合物。圖4為Mg-Al二元相圖，在絕大多數(shù)焊接方法的工藝溫度范圍內(nèi)，有不止一種Mg-Al金屬間化合物可能穩(wěn)定存在。

圖4 Mg-Al二元相圖Fig.4 Mg-Al binary phase diagram

與熔化焊相比，摩擦焊熱輸入和工藝溫度更低，Mg-Al在高溫接觸的時(shí)間更短，從熱力學(xué)角度而言有利于減少M(fèi)g-Al金屬間化合物的數(shù)量；而且摩擦焊過程有較大的塑性流動(dòng)及變形，不僅能減小或消除氧化物等夾雜的影響，還可以改善Mg-Al金屬間化合物的形貌和分布；因此，從理論上講，摩擦焊更適合Mg-Al異種材料的焊接。Mg-Al異種摩擦焊接頭與典型Mg-Mg接頭相似之處在于均具有機(jī)械混合層、再結(jié)晶細(xì)晶粒區(qū)、熱-力影響區(qū)和熱影響區(qū)，最大的不同是界面或多或少地存在Mg-Al金屬間化合物，雖然沒有熔焊接頭那么嚴(yán)重，但往往還是成為接頭的性能薄弱區(qū)[41-42]；因此，目前較多的研究集中在工藝參數(shù)對(duì)接頭化合物層、力學(xué)性能的影響上，希望通過參數(shù)的優(yōu)化減少M(fèi)g-Al化合物，提高接頭強(qiáng)度。

3.1 鎂合金與純鋁的摩擦焊

Morozumi等[41], Katoh等[42]研究了AZ31鎂合金與1050純鋁的摩擦焊，焊縫界面區(qū)域由化合物層和機(jī)械混合層組成，硬度高于母材，接頭強(qiáng)度隨摩擦?xí)r間延長(zhǎng)而提高，可獲得與純鋁母材同等強(qiáng)度的接頭。梁志達(dá)等[43-45]進(jìn)行了AZ31鎂合金與1060純鋁的摩擦焊接研究，熱電偶測(cè)得界面附近不同位置溫度最高為437℃，基于Mg-Al二元相圖，可能局部出現(xiàn)液相，并且發(fā)生低熔點(diǎn)共晶反應(yīng)(L→γ-Mg17Al12+α-Mg，共晶點(diǎn)溫度437℃)。圖5為接頭不同區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)和線掃描分析結(jié)果，研究認(rèn)為界面處有Mg-Al金屬間化合物(Mg17Al12和Mg2Al3)生成；從圖5中A～C區(qū)的放大圖(圖6)可以看到界面生成大量微裂紋，結(jié)合表1中的化學(xué)成分分析結(jié)果，可以推測(cè)脆硬的金屬間化合物導(dǎo)致微裂紋的產(chǎn)生。接頭最高抗拉強(qiáng)度(142MPa)達(dá)到純Al母材抗拉強(qiáng)度的88%，焊接接頭的延展性較差，最大伸長(zhǎng)率僅為2.4%。拉伸接頭為準(zhǔn)解理斷裂，表面相對(duì)光滑，幾乎沒有韌性斷裂的跡象。

焊后熱處理通常會(huì)對(duì)接頭產(chǎn)生影響，尤其會(huì)影響異種材料接頭的冶金結(jié)合和力學(xué)性能。Kimura等[46]在真空條件下對(duì)純鎂-純鋁的摩擦焊接頭進(jìn)行了加熱溫度423～673K、保溫時(shí)間12～24h焊后熱處理。結(jié)果表明，熱處理前接頭與母材同等強(qiáng)度，界面生成約1μm厚的化合物層，接頭都在界面附近區(qū)域斷裂；熱處理后，化合物層增厚，冷卻時(shí)產(chǎn)生了熱應(yīng)力，導(dǎo)致大部分接頭自動(dòng)斷裂。

圖5 接頭不同區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)和線掃描分析[44] (a)中心區(qū)域；(b)1/2半徑區(qū)域；(c)外圍區(qū)域Fig.5 Microstructures and line scan analysis in different zones of joint[44](a)the center zone;(b)the half radius zone;(c)the periphery zone

圖6 圖5中A區(qū)(a),B區(qū)(b)和C區(qū)(c)的放大圖[44]Fig.6 Magnification images in locations A(a),B(b) and C(c) of fig.5[44]

表1 圖6中1～7點(diǎn)的EDX化學(xué)成分(原子分?jǐn)?shù)/%)[44]Table 1 Compositions measured by EDX at points 1-7 shown in fig.6 (atom fraction/%)[44]

3.2 鎂合金與鋁合金的摩擦焊

相比純鋁，鋁合金結(jié)構(gòu)的工業(yè)應(yīng)用更為廣泛，因此鎂合金與鋁合金的摩擦焊接需求更為迫切，目前的報(bào)道主要研究了AZ31鎂合金與不同鋁合金的摩擦焊接[47-48]。由于異種母材力學(xué)性能的差異，接頭通常形成不對(duì)稱的飛邊，在足夠的熱輸入和充分的機(jī)械混合下實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，界面生成微米級(jí)金屬間化合物薄層。隨摩擦?xí)r間的延長(zhǎng)，化合物層厚度先增大再減小，且其組成由Mg2Al3逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镸g17Al12[48]。脆硬的Mg-Al金屬間化合物導(dǎo)致接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材，拉伸試樣從摩擦界面斷裂，斷口平整，往往呈現(xiàn)螺旋環(huán)狀流變，為準(zhǔn)解理斷裂。

綜上所述，純鎂-純鋁摩擦焊可獲得與母材同等強(qiáng)度的接頭，但焊后熱處理對(duì)其接頭性能具有不利影響；鎂合金-鋁合金的摩擦焊接頭強(qiáng)度一般低于母材，母材牌號(hào)不同對(duì)接頭性能也有影響。Mg-Al焊接界面局部出現(xiàn)液化，發(fā)生低熔共晶反應(yīng)生成金屬間化合物層，往往成為接頭薄弱區(qū)。

4 結(jié)束語

鎂合金是目前最輕的商用金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空航天、汽車、3C等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，因此鎂合金的焊接備受學(xué)術(shù)界和工程界的重視。摩擦焊作為一種固相焊接方法，其工藝溫度低、周期短，有利于減少或避免熔焊時(shí)易出現(xiàn)的氧化、蒸發(fā)、氣孔、熱裂紋和大量金屬間化合物等工藝缺陷，尤其適用于鎂及鎂合金棒、管等回轉(zhuǎn)體的高效焊接。

目前鎂合金的摩擦焊接研究主要涉及Mg-Mg和Mg-Al的連接。對(duì)于Mg-Mg的摩擦焊連接，接頭形成再結(jié)晶細(xì)晶粒組織，已成功實(shí)現(xiàn)了鎂及鎂合金的等強(qiáng)焊接，對(duì)不同工藝參數(shù)下的接頭微觀組織及其性能的影響也有較深入研究；在Mg-Al異種金屬連接方面，純鎂-純鋁摩擦焊時(shí)能獲得與母材等強(qiáng)的接頭，而鎂合金-鋁合金接頭強(qiáng)度遠(yuǎn)低于母材，接頭往往從摩擦界面斷裂，Mg-Al金屬間化合物的生成依然是影響接頭性能的重要因素，目前雖然可以通過優(yōu)化工藝參數(shù)在一定程度上得到控制，但尚不能完全消除。

雖然目前國內(nèi)外在鎂合金摩擦焊方面已經(jīng)開展了大量卓有成效的研究工作，但還存在很多問題值得繼續(xù)深入研究：

(1)鎂合金摩擦焊接頭形成的相關(guān)機(jī)理尚需進(jìn)一步完善，如三維溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變分布、塑性流變機(jī)制等，通過數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合分析摩擦焊熱力耦合過程仍是一個(gè)重要的研究方向。

(2)對(duì)于Mg-Al異種金屬的摩擦焊而言，Mg-Al金屬間化合物是降低接頭力學(xué)性能的主要因素，其形成機(jī)理還需深入探究，以便消除其不利影響。除了通過工藝優(yōu)化控制化合物外，其他更有效的調(diào)控機(jī)制和方法也值得探索，如設(shè)置成分過渡層等，阻止Mg-Al金屬間化合物的形成，從而提高接頭性能。

(3)目前已研究的鎂合金母材牌號(hào)還較少，主要是純鎂和Mg-Al系的AZ31鎂合金，更多牌號(hào)的鎂合金摩擦焊接研究有待開展。此外，鎂與其他金屬材料的摩擦焊焊接性鮮有報(bào)道，如鎂-鈦、鎂-銅、鎂-鋼等異種金屬的摩擦焊有待研究，擴(kuò)大摩擦焊的焊接材料領(lǐng)域，從而促進(jìn)鎂合金和摩擦焊技術(shù)的應(yīng)用與推廣。

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