Obstoj krhkih spojin Fe–Al omejuje učinkovitost spoja jeklo/aluminij. Laser z dodajanjem Ti folijetalilno varjenjeiz dvofaznega jekla DP590 do 6022aluminijZlitina je bila izvedena v konfiguraciji prekrivajočega se jekla na aluminiju, Titanova folija pa je bila ugotovljena za izboljšanje metalurških reakcij na podlagi izračunane tvorbene entalpije, Gibbsove proste energije in duktilnosti/krhkosti. Raziskovali smo vpliv Ti folije na mikrostrukturo in lastnosti spoja jeklo/aluminij. To so pokazali rezultatiintermetalne spojine(IMC), predvsem duktilni Fe2Ti in nizko krhki TiAl3 z visoko strukturno stabilnostjo, so bili oblikovani na jekleni strani inaluminijstrani oz. Debelina plasti IMC na vmesniku je bila zmanjšana, kar pomeni, da so bile reakcije med Fe in Al zadržane in spojine Fe-Al potlačene. Največja vrednost obremenitve je dosegla 1616,25 N z dodano 0.03 mm-debelino-Ti folijo, kar predstavlja 27-odstotno izboljšanje v primerjavi s tistim brez dodajanja. Izboljšanje mehanskih lastnosti, ocenjenih z nateznim preskusom inmikrotrdotase dobro ujema z zmanjšanjemkrhkostpredvidenih iz rezultatov izračuna, zato so mehanske lastnosti spojev v veliki meri odvisne od duktilnosti/krhkosti IMC. Poleg tega so se v zgornjem dvofaznem jeklu izognili mehčanju v toplotno prizadetem območju (HAZ), zrna na bazenu staline pa so bila prečiščena. Zato se zmogljivost spoja jeklo/aluminij bistveno izboljša z dodatkom Ti folije.
Pred kratkim je huda okoljska kriza, kot je učinek tople grede, pritegnila svetovno pozornost k izvajanju mednarodnega varčevanja z energijo in zmanjšanja emisij. V avtomobilski industriji se je prihranek pri teži, zlasti uporaba lahke strukture iz jekla/aluminija različnih kovin, izkazal za učinkovit način in vzbuja zanimanje raziskovalcev. Zato je zelo pomembno pridobiti zanesljivo povezavo med jeklom in aluminijem. Vendar je treba obravnavati velik izziv pri varjenju jekla in aluminija zaradi izrazitih razlik v toplotnih in fizikalnih lastnostih, kot sta temperatura taljenja in koeficient toplotnega raztezanja itd. Pri varjenju jekla in aluminija zaradi reakcije med Fe in Al zlahka nastanejo krhke intermetalne spojine Fe–Al (IMC), ki poslabšajo mehanske lastnosti spojev jeklo/aluminij. Zato je treba izboljšati lastnosti spoja z izboljšanjem metalurške reakcije.
Do sedaj so se za jeklene in aluminijaste povezave uporabljale različne varilne tehnike, vključno z varjenjem v polprevodniškem stanju, kot je varjenje s trenjem in mešanjem, varjenje z eksplozijo, difuzijsko varjenje in uporovno točkovno varjenje, pa tudi varjenje s taljenjem, na primer TIG varjenje, obločno varjenje. varjenje, lasersko varjenje in lasersko trdo spajkanje. Kar zadeva uporabo varjenja v trdnem stanju, Springer et al. ugotovil, da je bila natezna trdnost spojev nadzorovana z debelino sloja Fe2Al5 med trenjem in mešalnim varjenjem nizkoogljičnega jekla in Al-5wt.%Si. Han et al. potrdili, da je začetek razpoke povzročila faza FeAl3 pri spajanju aluminijeve zlitine AA1050 na jeklo SS41 z eksplozivnim varjenjem. Qiu et al. je raziskoval uporovno točkovno varjenje aluminijeve zlitine A5052 na jeklo SPCC in odkril, da je plast IMC, sestavljena iz Fe2Al5 in FeAl3, nastala na vmesniku jeklo/aluminij. Menili so, da ti IMC ne vplivajo na mehanske lastnosti spoja. Za tradicionalno talilno varjenje, Song et al. uporabil TIG kot vir toplote za varjenje aluminijeve zlitine 5A06 in nerjavečega jekla SUS321. Izjavili so, da je povprečna natezna trdnost spoja dosegla 120 MPa, razpoke pa so nastale zaradi krhke faze IMC η-Fe2Al5, ko je njegova debelina presegla 10 μm. Huang et al. uporabili tehniko dvostranskega obločnega varjenja in spajkanja MIG-TIG za sočelno spajanje aluminijeve zlitine 5052 z mehkim jeklom in ugotovili, da sta lamelni Fe2Al5 in igličasti FeAl3 obstajala na vmesniku za trdo spajkanje, kar je povzročilo izvor razpok. Podobno Su et al. . z varjenjem zlitine 5052Al in galvaniziranega mehkega jekla z obločnim varjenjem so tudi dokazali, da so IMC sestavljeni iz Fe2Al5, FeAl3 in Fe3Al ter da so bili spoji zlomljeni vzdolž vmesnika med fazo Fe2Al5 in jekleno pločevino. Poleg tega so vsi spoji odpovedali na vmesniku za trdo spajkanje, sestavljenem iz sloja Fe2Al5 z uporabo metode laserskega varjenja in spajkanja pri spajanju nizkoogljičnega jekla Q235 na aluminij AA6061. Na podlagi zgornjih rezultatov je ne glede na to, katera varilna tehnika je bila uporabljena, odpoved spoja jeklo/aluminij v glavnem povzročila krhka IMC Fe2Al5, ki je nastala na vmesniku. Zato je potrebna metalurška regulacija z dodajanjem vmesnega sloja med jeklom in aluminijem kot nov pristop za zmanjšanje ali zaviranje nastajanja Fe–Al IMC. Večina študij je bila osredotočena na tovrstno metodo varjenja z dodatkom vmesnega sloja pri spajanju jekla na aluminij. Song idr. uspel združiti nerjavno jeklo AISI 321 in aluminij 5A06 s TIG varjenjem-trdo spajkanjem z dodatkom Si in odkril, da se faza Fe–Al transformira v fazi τ5-Al7.2Fe1.8Si in θ-Fe (Al, Si)3 , kar je ugodno vplivalo na mehanske lastnosti spoja. Chen et al. je pokazalo, da je na spojih nastala faza Al0.9Ni1.1 v primerjavi s tisto brez dodajanja, kar bi lahko izboljšalo metalurško reakcijo na vmesniku in povečalo žilavost spoja. Yang et al. so varili aluminij in nizkoogljično jeklo, prevlečeno z Zn, z varjenjem s prenosom hladne kovine in poročali, da je bila krhka faza AlxFey potlačena zaradi prisotnosti ostanka Zn na jekleni strani. Vendar ni bilo poročil o nobeni sistematični študiji o izbiri vmesnega elementa z uporabo termodinamičnih lastnosti in izračunov intrinzičnih mehanskih lastnosti.
V tem prispevku je bil legirni element določen kot Ti s primerjavo standardnih molskih tvorbenih entalpij različnih binarnih sistemov, ki so sestavljeni iz alternativnih elementov ter Fe in Al. Možne faze in njihovo duktilnost/krhkost po dodajanju elementa Ti so bile predvidene z izračuni prvih principov. Poskusi laserskega talilnega varjenja dvofaznega jekla DP590 na aluminijevo zlitino 6022 z dodatkom Ti folije so bili izvedeni v prekrivni konfiguraciji jeklo na aluminij. Raziskani so bili tudi učinki Ti folije na mikrostrukturo in lastnosti spoja jeklo/aluminij. Duktilni Fe2Ti in nizko krhki TiAl3 so bili najdeni na jekleni strani oziroma na aluminijasti strani, debelina sloja IMCs na vmesniku je bila zmanjšana. Izboljšane mehanske lastnosti ustrezajo zmanjšani krhkosti, predvideni iz rezultatov izračuna. Z zgornjimi raziskavami bodo rezultati projekta zagotovili novo idejo za razvoj in uporabo konstrukcijskih delov, varjenih s taljenjem iz jekla in aluminija.
