Sự tồn tại của các hợp chất Fe–Al giòn làm hạn chế tính năng của mối nối thép/nhôm. Thêm tia laser lá TiHàn hợpthép hai pha DP590 đến 6022nhômhợp kim được thực hiện theo cấu hình thép-nhôm chồng lên nhau và lá Ti được xác định để cải thiện các phản ứng luyện kim dựa trên entanpy hình thành được tính toán, năng lượng tự do Gibbs và độ dẻo/độ giòn. Ảnh hưởng của lá Ti đến cấu trúc vi mô và tính chất của mối nối thép/nhôm đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấyhợp chất liên kim loại(IMC), chủ yếu là Fe2Ti dẻo và TiAl3 có độ giòn thấp với độ ổn định cấu trúc cao, được hình thành ở mặt thép vànhômbên tương ứng. Độ dày của lớp IMC tại bề mặt phân cách đã giảm đi, điều đó có nghĩa là các phản ứng giữa Fe và Al bị hạn chế và các hợp chất Fe–Al bị ức chế. Giá trị tải tối đa đạt 1616,25 N khi được thêm lá Ti có độ dày 0,03 mm, thể hiện mức tăng cường 27% so với khi không thêm lá. Sự cải thiện tính chất cơ học được đánh giá bằng thử nghiệm độ bền kéo vàđộ cứng vi môphù hợp tốt với việc giảmđộ giòndự đoán từ kết quả tính toán, do đó tính chất cơ học của mối nối phần lớn phụ thuộc vào độ dẻo/độ giòn của IMC. Ngoài ra, tránh làm mềm vùng ảnh hưởng nhiệt (HAZ) ở thép hai pha phía trên và các hạt trên bể nóng chảy đã được tinh chế. Do đó, hiệu suất của mối nối thép/nhôm được cải thiện đáng kể khi bổ sung lá Ti.
Gần đây, cuộc khủng hoảng môi trường nghiêm trọng như hiệu ứng nhà kính đã thu hút sự chú ý của toàn thế giới nhằm thực hiện việc bảo tồn năng lượng và giảm phát thải quốc tế. Trong ngành công nghiệp ô tô, việc tiết kiệm trọng lượng, đặc biệt là sử dụng cấu trúc nhẹ làm bằng thép/nhôm các kim loại khác nhau, được chứng minh là một cách hiệu quả và thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Vì vậy, việc có được kết nối đáng tin cậy giữa thép và nhôm có ý nghĩa rất lớn. Tuy nhiên, cần xem xét một thách thức lớn đối với việc hàn thép và nhôm do sự khác biệt rõ rệt về tính chất nhiệt và vật lý, chẳng hạn như nhiệt độ nóng chảy và hệ số giãn nở nhiệt, v.v. Trong quá trình hàn thép và nhôm, các hợp chất liên kim loại Fe-Al (IMC) giòn dễ dàng được hình thành do phản ứng giữa Fe và Al làm suy giảm tính chất cơ học của các mối nối thép/nhôm. Do đó, cần phải tăng cường tính chất chung bằng cách cải thiện phản ứng luyện kim.
Cho đến nay, nhiều kỹ thuật hàn khác nhau đã được sử dụng cho các kết nối thép và nhôm, bao gồm hàn trạng thái rắn như hàn ma sát khuấy, hàn nổ, hàn khuếch tán và hàn điểm điện trở, cũng như hàn nóng chảy, chẳng hạn như hàn TIG, hồ quang. hàn, hàn laser và hàn hàn laser. Về ứng dụng hàn trạng thái rắn, Springer et al. nhận thấy độ bền kéo của các mối nối được kiểm soát bởi độ dày của lớp Fe2Al5 trong quá trình hàn ma sát khuấy thép cacbon thấp và Al-5wt.%Si. Han và cộng sự. xác nhận rằng sự hình thành vết nứt là do pha FeAl3 khi nối hợp kim nhôm AA1{54}}50 với thép SS41 bằng phương pháp hàn nổ. Qiu và cộng sự. đã nghiên cứu điện trở hàn điểm hợp kim nhôm A5052 với thép SPCC và phát hiện ra rằng lớp IMC gồm Fe2Al5 và FeAl3 được hình thành ở bề mặt tiếp xúc thép/nhôm. Họ cho rằng các tính chất cơ học của khớp không bị ảnh hưởng bởi các IMC này. Đối với hàn nhiệt hạch truyền thống, Song et al. sử dụng TIG làm nguồn nhiệt để hàn hợp kim nhôm 5A06 và thép không gỉ SUS321. Họ tuyên bố rằng độ bền kéo trung bình của mối nối đạt tới 120 MPa và các vết nứt xuất phát từ pha giòn của IMC η-Fe2Al5 khi độ dày của nó vượt quá 10 μm. Hoàng và cộng sự. áp dụng kỹ thuật hàn hồ quang hai mặt MIG-TIG để nối giáp mối hợp kim nhôm 5052 với thép nhẹ, họ nhận thấy tồn tại Fe2Al5 dạng phiến và FeAl3 dạng kim tại bề mặt hàn, gây ra các vết nứt. Tương tự, Su và cộng sự. . hàn hợp kim 5052Al và thép nhẹ mạ kẽm thông qua hàn hồ quang, họ cũng chứng minh rằng IMC được cấu tạo từ Fe2Al5, FeAl3 và Fe3Al và các mối nối bị đứt dọc theo bề mặt tiếp xúc giữa pha Fe2Al5 và tấm thép. Ngoài ra, tất cả các mối nối đều bị hỏng ở bề mặt hàn bao gồm lớp Fe2Al5 do sử dụng phương pháp hàn-hàn laser khi nối thép cacbon thấp Q235 với nhôm AA6061. Dựa trên kết quả trên, cho dù sử dụng kỹ thuật hàn nào thì sự hư hỏng của mối nối thép/nhôm chủ yếu là do các IMC Fe2Al5 giòn hình thành tại bề mặt tiếp xúc. Do đó, cần phải có quy định luyện kim bằng cách thêm lớp xen kẽ giữa thép và nhôm như một phương pháp mới để giảm hoặc ức chế sự hình thành IMC Fe–Al. Hầu hết các nghiên cứu đều tập trung vào loại phương pháp hàn này với việc bổ sung lớp xen kẽ khi nối thép với nhôm. Bài hát và cộng sự. đã thành công trong việc ghép nối thép không gỉ AISI 321 và nhôm 5A06 bằng hàn TIG có thêm Si và phát hiện pha Fe–Al chuyển thành pha τ5-Al7.2Fe1.8Si và θ-Fe (Al, Si)3 , có lợi cho tính chất cơ học của khớp. Chen và cộng sự. đã chứng minh rằng pha Al0.9Ni1.1 được hình thành tại các khớp so với pha không thêm vào, điều này có thể cải thiện phản ứng luyện kim tại bề mặt và tăng cường độ dẻo dai của khớp. Yang và cộng sự đã hàn nhôm và thép cacbon thấp phủ Zn bằng cách sử dụng hàn chuyển kim loại nguội và báo cáo rằng pha AlxFey giòn bị triệt tiêu do sự hiện diện của Zn dư ở mặt thép. Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu có hệ thống nào được báo cáo về việc lựa chọn phần tử xen kẽ sử dụng các tính chất nhiệt động và tính toán tính chất cơ học nội tại.
Trong bài báo này, nguyên tố hợp kim được xác định là Ti bằng cách so sánh entanpy hình thành mol tiêu chuẩn của các hệ nhị phân khác nhau bao gồm các nguyên tố thay thế và Fe và Al. Các pha có thể có và độ dẻo/độ giòn của chúng sau khi thêm phần tử Ti đã được dự đoán bằng các tính toán nguyên tắc đầu tiên. Các thí nghiệm hàn nhiệt hạch bằng laser thép hai pha DP590 với hợp kim nhôm 6022 có bổ sung lá Ti đã được thực hiện trong cấu hình thép trên nhôm chồng lên nhau. Ảnh hưởng của lá Ti đến cấu trúc vi mô và tính chất của mối nối thép/nhôm cũng đã được nghiên cứu. Fe2Ti dẻo và TiAl3 có độ giòn thấp lần lượt được tìm thấy ở mặt thép và mặt nhôm, độ dày của lớp IMC tại bề mặt tiếp xúc đã giảm xuống. Các tính chất cơ học được cải thiện tương ứng với độ giòn giảm được dự đoán từ kết quả tính toán. Thông qua nghiên cứu trên, kết quả của dự án sẽ đưa ra ý tưởng mới cho việc phát triển và ứng dụng các bộ phận kết cấu hàn nóng chảy thép/nhôm.
