TiC-TiB2双相纳米颗粒增强6061铝合金电阻点焊接头的微观结构调控与性能强化机制研究

为解决传统6061铝合金电阻点焊接头强度不足、裂纹敏感性高等问题，研究人员通过引入TiC-TiB2双相纳米颗粒增强铝合金焊材，系统探究了焊接参数对微观结构和力学性能的影响。结果表明，纳米颗粒使熔核区晶粒尺寸减小56.03%，等轴晶比例提高，残余应力显著降低，接头抗剪强度提升19.8%，断裂模式由脆性转为韧性。该研究为轻量化材料的高性能连接提供了新思路。

　　

在汽车轻量化和航空航天领域，6061铝合金因其优异的比强度成为关键材料，但其电阻点焊(Resistance Spot Welding, RSW)接头常面临强度不足、热裂纹敏感等问题。传统解决方案多聚焦工艺参数优化，而吉林大学材料科学与工程学院团队另辟蹊径，创新性地将TiC-TiB₂双相纳米颗粒引入焊接材料，揭示了陶瓷颗粒通过多重协同机制提升接头性能的奥秘。这项发表于《Materials Advances》的研究，为突破轻量化材料连接技术瓶颈提供了重要理论支撑。

研究团队采用HBR900A中频点焊机，通过系统调控电流(32-42kA)、时间(100-180ms)和电极压力(0-0.4MPa)等参数，结合OM、SEM、EBSD和TEM等先进表征技术，对比分析了普通与增强型6061铝合金接头的差异。特别值得注意的是，研究选用中国国家标准GB/T 228.1-2021规范制备拉伸试样，并采用三组平行实验确保数据可靠性。

在"焊接参数影响"部分，研究发现40kA电流、140ms时间和0.25MPa压力为最优组合，此时增强接头熔核直径达9.57mm，抗剪载荷6.84kN。通过"SEM与EDS研究"揭示，TiC-TiB₂使热影响区(HAZ)宽度缩减，柱状晶区显著细化，熔核区等轴晶比例提升，Mg₂Si强化相分布更均匀。"EBSD研究"显示增强接头大角度晶界比例增加39.4%，残余应力降低，再结晶比例从17.1%提升至31.6%。"TEM研究"证实陶瓷颗粒主要分布于晶界，与Mg₂Si形成良好晶格匹配（错配度1.9-6.1%），促进异质形核。

力学性能方面，"拉伸剪切与断口分析"表明增强接头抗剪强度提升19.8%，断口韧窝密度增加，断裂模式从脆性转变为韧性；"显微硬度分布"显示熔核区硬度提高3.8%，这归因于陶瓷颗粒的Hall-Petch强化效应。研究最后提出四重强化机制："晶粒细化"使平均晶粒尺寸从23.2μm降至10.2μm；"位错强化"通过Orowan机制阻碍位错运动；"沉淀强化"促进纳米级Mg₂Si相析出；"热失配强化"利用陶瓷与铝基体热膨胀系数差异产生位错增殖。

该研究不仅为铝合金点焊工艺提供了可量化的优化方案，更创新性地通过材料设计解决了焊接冶金难题。特别是TiC-TiB₂双相颗粒的协同作用，为开发新一代高强韧焊接材料指明了方向。正如作者Zhengwei Gu团队强调的，这种"工艺-材料"双轨优化策略，在新能源汽车电池壳体、航天器轻量化结构等领域具有广阔应用前景。研究建立的强化机制模型，对未来多元复合增强相的设计具有重要指导价值。