קיומן של תרכובות Fe-Al שבירות מגביל את הביצועים של מפרק פלדה/אלומיניום. הוספת לייזר נייר כסף Tiריתוך היתוךשל פלדה דו-פאזית DP590 עד 6022אֲלוּמִינְיוּםסגסוגת בוצעה בתצורת חפיפה של פלדה על אלומיניום, ונקבע כי רדיד Ti היה משפר את התגובות המתכותיות בהתבסס על האנטלפיה המחושבת של היווצרות, האנרגיה החופשית של Gibbs והגמישות/שבריריות. נחקרה ההשפעה של נייר כסף על המיקרו-מבנה והתכונות של מפרק הפלדה/אלומיניום. התוצאות הראו זאתתרכובות בין מתכתיות(IMCs), בעיקר Fe2Ti רקיע ו-TiAl3 שביר נמוך עם יציבות מבנית גבוהה, נוצרו בצד פלדה ואֲלוּמִינְיוּםצד, בהתאמה. עובי שכבת ה-IMCs בממשק הופחת, מה שאומר שהתגובות בין Fe ו-Al היו מאופקות ותרכובות Fe-Al דוכאו. ערך העומס המרבי הגיע ל-1616.25 N עם רדיד 0.03 מ"מ-עובי-Ti, המייצג שיפור של 27% בהשוואה לזה ללא תוספת. השיפור של תכונות מכניות מוערכות על ידי בדיקת מתיחה ומיקרו קשיותעולה בקנה אחד עם ההפחתה שלשְׁבִירוּתחזוי מתוצאות החישוב, לכן התכונות המכניות של המפרקים נעוצות במידה רבה על המשיכות/שבריריות של IMCs. בנוסף, נמנע ריכוך באזור מושפע חום (HAZ) בפלדה הדו-פאזית העליונה והגרגרים בבריכה המותכת זכו לעידון. לפיכך, הביצועים של מפרק פלדה/אלומיניום משתפרים משמעותית עם הוספת נייר כסף Ti.
לאחרונה, משבר סביבתי חמור כמו אפקט החממה משך תשומת לב עולמית ליישם שימור אנרגיה והפחתת פליטות בינלאומיים. בתעשיית הרכב, חיסכון במשקל, במיוחד שימוש במבנה קל המשקל העשוי ממתכות שונות מפלדה/אלומיניום, הוכח כדרך יעילה ומעוררת עניין של החוקרים. לכן, ישנה משמעות רבה להשיג את החיבור האמין בין פלדה לאלומיניום. עם זאת, יש לשקול אתגר גדול עבור ריתוך פלדה ואלומיניום בשל הבדלים ניכרים ביניהם בתכונות התרמיות והפיזיקליות, כגון טמפרטורת ההיתוך ומקדם ההתפשטות התרמית וכו'. בתהליך הריתוך של פלדה ואלומיניום, נוצרות בקלות תרכובות בין-מתכתיות של Fe–Al (IMCs) שבירות עקב התגובה בין Fe ו-Al, אשר פוגעת בתכונות המכניות של מפרקי פלדה/אלומיניום. לפיכך, יש צורך לשפר את תכונות המפרק על ידי שיפור התגובה המטלורגית.
עד כה, נעשה שימוש בטכניקות ריתוך שונות עבור חיבורי פלדה ואלומיניום, כולל ריתוך במצב מוצק כגון ריתוך חיכוך, ריתוך פיצוץ, ריתוך דיפוזיה וריתוך נקודתי התנגדות, כמו גם ריתוך היתוך, למשל, ריתוך TIG, קשת. ריתוך, ריתוך לייזר וריתוך הלחמה בלייזר. באשר ליישום של ריתוך מצב מוצק, Springer et al. מצא כי חוזק המתיחה של המפרקים נשלט על ידי עובי שכבת Fe2Al5 במהלך ריתוך בחיכוך ערבוב פלדה דלת פחמן ו-Al-5wt.%Si. האן וחב'. אישר כי התחלת הסדקים נגרמה על ידי שלב FeAl3 בחיבור AA1050 סגסוגת אלומיניום לפלדה SS41 על ידי ריתוך פיצוץ. Qiu et al. חקר התנגדות לריתוך נקודתי של סגסוגת אלומיניום A5052 לפלדת SPCC וגילה ששכבת ה-IMCs המורכבת מ-Fe2Al5 ו-FeAl3 נוצרה בממשק הפלדה/אלומיניום. הם חשבו שהמאפיינים המכניים של המפרק לא הושפעו מה-IMC הללו. עבור ריתוך היתוך מסורתי, Song et al. השתמש ב-TIG כמקור החום לריתוך סגסוגת אלומיניום 5A06 ופלדת אל-חלד SUS321. הם הכריזו כי חוזק המתיחה הממוצע של המפרק הגיע ל-120 MPa והסדקים נבעו מהשלב השביר של η-Fe2Al5 IMCs כאשר עוביו עולה על 10 מיקרומטר. Huang et al. יישמו טכניקת ריתוך-הלחמת קשת דו-צדדית של MIG-TIG לחיבור קת של סגסוגת אלומיניום 5052 לפלדה עדינה, והם גילו שה-Lamellar Fe2Al5 ו-FeAl3 דמוי המחט קיימים בממשק ההלחמה, מה שהביא למקורם של סדקים. באופן דומה, Su et al. . סגסוגת 5052Al מרותכת ופלדה קלה מגולוונת באמצעות ריתוך קשת, הם גם הוכיחו ש-IMCs מורכבים מ-Fe2Al5, FeAl3 ו-Fe3Al והחיבורים נשברו לאורך הממשק שבין שלב Fe2Al5 ליריעת הפלדה. יתר על כן, כל המפרקים נכשלו בממשק ההלחמה המורכב משכבת Fe2Al5 על ידי שימוש בשיטת ריתוך-הלחמת לייזר בחיבור פלדה דלת פחמן Q235 לאלומיניום AA6061. בהתבסס על התוצאות לעיל, לא משנה באיזו טכניקת ריתוך נעשה שימוש, הכשל במפרק פלדה/אלומיניום נגרם בעיקר על ידי Fe2Al5 IMCs שבירים שנוצרו בממשק. לכן, יש צורך ברגולציה מתכתית על ידי הוספת שכבת ביניים בין פלדה ואלומיניום כגישה חדשה להפחתת או לעכב היווצרות של Fe-Al IMCs. רוב המחקרים התמקדו בשיטת ריתוך מסוג זה עם תוספת של שכבת ביניים בחיבור פלדה לאלומיניום. שיר ועוד. הצליח לחבר פלדת אל-חלד AISI 321 ואלומיניום 5A06 על ידי ריתוך-הלחמת TIG בתוספת Si וגילתה ששלב Fe-Al הפך לפאזות τ5-Al7.2Fe1.8Si ו-θ-Fe (Al, Si)3 , דבר שהועיל לתכונות המכניות של המפרק. חן וחב'. הוכיח כי שלב Al0.9Ni1.1 נוצר במפרקים בהשוואה לשלב ללא תוספת, מה שיכול לשפר את התגובה המטלורגית בממשק ולשפר את הקשיחות של המפרק. Yang וחב' ריתכו אלומיניום ופלדה דלת פחמן בציפוי Zn על ידי שימוש בריתוך העברת מתכת קרה ודיווחו כי שלב AlxFey השביר דוכא עקב נוכחותם של שאריות Zn בצד הפלדה. עם זאת, לא דווח על מחקר שיטתי על בחירת אלמנט בין-שכבתי תוך שימוש בתכונות תרמודינמיות ובחישובי מאפיינים מכניים מהותיים.
במאמר זה, יסוד הסגסוג נקבע כ-Ti על ידי השוואת האנטלפיות הסטנדרטיות של היווצרות הטוחנות של מערכות בינאריות שונות המורכבות מהיסודות החלופיים ומ-Fe ו-Al. השלבים האפשריים ושיכותם/שבריריותם לאחר הוספת אלמנט Ti נחזו על ידי חישובי עקרונות ראשונים. הניסויים של ריתוך היתוך בלייזר של פלדה דו-פאזית DP590 לסגסוגת אלומיניום 6022 עם תוספת של נייר כסף בוצעו בתצורת פלדה-על אלומיניום חופפת. כמו כן נחקרו ההשפעות של נייר כסף על מבנה המיקרו ומאפיינים של מפרק הפלדה/אלומיניום. Fe2Ti גמיש ו-TiAl3 שבריריות נמוכה נמצאו בצד הפלדה ובצד האלומיניום, בהתאמה, עובי שכבת IMCs בממשק הופחת. התכונות המכניות המשופרות תואמות לשבריריות המופחתת שנחזה מתוצאות החישוב. באמצעות המחקר הנ"ל, תוצאות הפרויקט יספקו רעיון חדש לפיתוח ויישום של חלקי המבנה המרותכים של פלדה/אלומיניום.
