| 2026 №04 (02) | 2026 №04 (04) |
Журнал «Автоматичне зварювання», № 4, 2026, с. 24-37
Вплив проміжних прошарків на процеси фазоутворення під час вакуумно-дифузійного зварювання магнієвого сплаву МА2-1
В.А. Костін
, О.Л. Пузрін, Ю.В. Фальченко, Л.В. Петрушинець, А.Г. Покляцький
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул Казимира Малевича, 11.
E-mail: procesor1@ukr.net
У роботі досліджено вакуумно-дифузійне зварювання магнієвого сплаву МА2-1 із використанням суцільних і перфорованих прошарків із Zn, Cu, Ni і Ti під дією формуючих матриць. Показано, що суцільні прошарки обмежують локалізацію пластичної деформації, сприяють збереженню оксидної плівки MgO і формуванню плоских пор, що знижує міцність з’єднань до ~50 % від міцності основного металу. Перфоровані прошарки забезпечують локальне зниження опору деформації, спрямований потік магнію в отвори та механічне дроблення оксидів, формуючи ювенільні містки Mg–Mg і дрібнокристалічну структуру в зоні стику. Встановлено, що в системах з Cu і Ni утворюються жорсткі інтерметаліди Mg2Cu і Mg2Ni з високою мікротвердістю, що викликають концентрацію напружень, ланцюжки пор і схильність до крихкого руйнування. У парі Mg–Ti інтерметаліди не формуються, дифузія обмежена, а титан виступає ефективним бар’єром, забезпечуючи високу пластичність шва та кут загину до 180°. Оптимальне поєднання формуючих матриць і перфорованих титанових прошарків дозволяє зменшити температуру й час зварювання без термічної деградації сплаву, підвищуючи міцність з’єднань до 143 МПа і забезпечуючи їхню високу надійність для авіаційно-космічних застосувань. Бібліогр. 45, рис. 9.
Keywords: вакуумне дифузійне зварювання, магнієвий сплав МА2-1, проміжні прошарки, формуючі матриці, фазовий аналіз, мікроструктура, інтерметалідні сполуки
Отримано 08.02.2026
Отримано у переглянутому вигляді 20.05.2026
Підписано до друку 20.07.2026
Оприлюднено 24.07.2026
Список літератури
1. Falchenko, Y.V., Petrushynets, L.V., Fedorchuk, V.E. et al. (2023) Diffusion welding of magnesium alloy MA2-1 through a zinc interlayer. The Paton Welding J., 9, 38–42. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2023.09.062. Фальченко Ю.В., Петрушинець Л.В., Федорчук В.Є. та ін. (2024) Дифузійне зварювання магнієвого сплаву МА2-1 через проміжний прошарок з титану або нікелю. Автоматичне зварювання, 5, 55–59. DOI: https://doi.org/10.37434/as2024.05.07
3. Fronczek, D.M., Chulist, R., Litynska-Dobrzynska, L. et al. (2017) Microstructure and kinetics of intermetallic phase growth of three-layered A1050/AZ31/A1050 clads prepared by explosive welding combined with subsequent annealing. Materials & Design, 130, 120–130. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.05.051
4. Jafarian, M., Paidar, M., Jafarian, M. (2022) The Comparison of microstructure and mechanical properties of diffusion joints of 5754, 6061, and 7039 aluminum alloys to AZ31 magnesium alloy. J. Adv. Mater. Eng., 35(1), 11–21. DOI: https://doi.org/10.18869/acadpub.jame.35.1.11
5. Vatnalmath, M., Auradi, V., Vedashantha Murthy, B. et al. (2025) Vacuum diffusion bonding of dissimilar metal alloys AA2219 and Ti -6Al -4V: Influence of bonding pressure on microstructure and mechanical properties of the bonding joint. IJMSE, 22(2), 78–91. DOI: https://doi.org/10.22068/ijmse.3776
6. Liu, L., Ren, D., Liu, F. (2014) A review of dissimilar welding techniques for magnesium alloys to aluminum alloys. Materials, 7(5), 3735–3757. DOI: https://doi.org/10.3390/ma7053735
7. Chen, H., Zhu, Z., Zhu, Y., Sun, L. et al. (2023) Solid-state welding of aluminum to magnesium alloys: A review. Metals, 13(8), 1410. DOI: https://doi.org/10.3390/met13081410
8. Gang Chen, Tianbao Tan, Yangyang Guo at al. (2023) An investigation on diffusion bonding of Mg/Al dissimilar metals using Zn-Bi alloy as interlayer. Materials Letters, 349, 134827. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matlet.2023.134827
9. Manafi, S., Azizi, A. (2021) Experimental and numerical evaluation of diffusion welding of 7075 aluminum and AZ31 magnesium alloys. Advanced Ceramics Progress, 7(1), 25–34. DOI: https://doi.org/10.30501/acp.2021.257290.1051
10. Lyamin, Ya.V., Musin, R.A. (1995) Deformability of perforated interlayers in diffusion bonding. Welding International, 9, 228–230. DOI: https://doi.org/10.1080/09507119509548785
11. Dietrich, D., Nickel, D., Krause, M. et al. (2011) Formation of intermetallic phases in diffusion-welded joints of aluminium and magnesium alloys. J. Mater. Sci., 46, 357–364. DOI: https://doi.org/10.1007/s10853-010-4841-5
12. Khan, S., Ali, Z., Khadija, K., Junaid, M. (2024) Mechanical and microstructural characterization of diffusion-bonded copper-nickel joint interface. Advanced Materials Research, 1179, 147–155. DOI: https://doi.org/10.4028/p-k8wuuo
13. Mishra, R.S., Sumit Jain, Preety Rani (2022) Microstructure and mechanical properties of the dissimilar welded joint of aluminum and magnesium alloys – a review. Int. J. of Research in Engineering and Innovation, 6(4), 252–258. DOI: https://doi.org/10.36037/IJREI.2022.6407
14. (2011) Welding and joining of magnesium alloys. Magnesium alloys – design, processing and properties. Ed. by F. Czerwinski. InTech. DOI: https://doi.org/10.5772/13947
15. Ho-Sung Lee (2021) 10 – Diffusion bonding of metal alloys in aerospace and other applications. Ed. by. Mahesh Chaturvedi, Welding and Joining of Aerospace Materials (Second Edition), Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies, 2021, 305–327. DOI: https://doi.org/10.1016/B978-0-12-819140-8.00010-9
16. Tianle Li, Yiwen Lei, Lezong Chen et al. (2025) Advances in mechanism and application of diffusion bonding of titanium alloys. J. of Materials Processing Technology, 337, 118736. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2025.118736
17. Borrisutthekul, R., Miyashita, Y., Mutoh, Y. (2005) Dissimilar material laser welding between magnesium alloy AZ31B and aluminum alloy A5052-O. Sci. and Technol. of Advanced Materials, 6(2), 199–204. DOI: https://doi.org/10.1016/j.stam.2004.11.014
18. Łyczkowska, K., Miara, D., Rams, B. et al. (2023) The influence of MSR-B Mg alloy surface preparation on bonding properties. Materials, 16(10), 3887. DOI: https://doi.org/10.3390/ma16103887
19. Wenbo Wang, Wensheng Liu, Lun Yang, Yunzhu Ma (2025) Solid-liquid composite diffusion in Al/Mg bimetallic joints with the Ni/Cu interlayer. J. of Materials Research and Technology, 37, 3315–3323. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2025.06.235
20. Yin, F., Liu, C., Zhang, Y. et al. (2018) Effect of Ni interlayer on characteristics of diffusion bonded Mg/Al joints. Mater. Sci. and Technol., 34(9), 1104–1111. DOI: https://doi.org/10.1080/02670836.2018.1424382
21. Pai Peng, Wen Wang, Ting Zhang et al. (2022) Effects of interlayer metal on microstructures and mechanical properties of friction stir lap welded dissimilar joints of magnesium and aluminum alloys. J. of Mater. Process. Technol., 299, 117362. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2021.117362
22. Cooke, K. (2020) Kinetics of joint formation during diffusion induced solid-state bonding of titanium and magnesium alloys. In: 18th LACCEI International Multi-Conference for Engineering, Education, and Technology: Engineering, Integration, and Alliances for a Sustainable Development. Hemispheric Cooperation for Competitiveness and Prosperity on a Knowledge-Based Economy, July 27–31, 2020. DOI: http://dx.doi.org/10.18687/LACCEI2020.1.1.287
23. Falchenko, Y.V., Petrushynets, L.V. (2022) Modern technological methods of pressure welding of magnesium alloys (Review). The Paton Welding J., 6, 29–40. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2022.06.05
24. Habisch, S., Böhme, M., Peter, S. et al. (2018) The effect of interlayer materials on the joint properties of diffusion-bonded aluminium and magnesium. Metals, 8(2), 138. DOI: https://doi.org/10.3390/met8020138
25. Ustinov, A.I., Falchenko, Iu.V., Melnychenko, T.V. et al. (2017) Diffusion welding through vacuum-deposited porous interlayers. J. of Mater. Process. Technol., 247, 268–279. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.04.029
26. Luo, A.A. (2013) Magnesium casting technology for structural applications. J. of Magnesium and Alloys, 1(1), 2–22. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jma.2013.02.002
27. Mordike, B.L., Ebert, T. (2001) Magnesium: properties – applications – potential. Mater. Sci. Eng.: A, 302(1), 37–45. DOI: https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01351-4
28. Костін В.А., Фальченко Ю.В., Пузрін А.Л., Махненко А.О. (2023) Отримання, властивості і перспективи використання сучасних магнієвих сплавів. Сучасна електрометалургія, 1, 43–52. DOI: https://doi.org/10.37434/sem2023.01.06
29. Mahendran, G., Babu, S., Balasubramanian, V. (2010) Analyzing the effect of diffusion bonding process parameters on bond characteristics of Mg-Al dissimilar joints. J. of Mater. Eng. and Perform, 19, 657–665. DOI: https://doi.org/10.1007/s11665-009-9531-6
30. Moghaddam, N.T., Rabiezadeh, A., Khosravifard, A. et al. (2023) Welding of Al–Mg alloy: Solid-state vs. fusion welding techniques. Iran. J. Sci. Technol. Trans. Mech. Eng., 47, 673–686. DOI: https://doi.org/10.1007/s40997-022-00536-7
31. V. Kostin et al. (2021) Influence of adhesive bond line thickness on joint strength of composite aircraft structures. J. Phys.: Conf. Ser., 1925, 012070 DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1925/1/012070
32. Melnychenko, T.V., Samofalov, O.V., Ustinov, A.I (2024) Effect of Ti/Cu and Ti/Ni multilayer foils on microstructure and mechanical properties of diffusion bonded Ti6Al4V alloy joints. In: VII Int. Conf. «Welding and Related Technologies», 7–10 October 2024, Yaremche, Ukraine: Abstracts of plenary and poster papers. Kyiv, International Association «Welding», 45.
33. Petrushynets, L.V., Fedorchuk, V.Y., Mikhailov, L.V. et al. (2025) Investigation of the microstructure of aluminum and magnesium joints during diffusion welding. Mater. Sci., 60, 470–476. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-025-00907-w
34. Mahendran, G., Balasubramanian, V., Senthilvelan, T. (2010) Influences of diffusion bonding process parameters on bond characteristics of Mg-Cu dissimilar joints. Transact. of Nonferrous Metals Society of China, 20(6), 997–1005. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(09)60248-X
35. Xin-jian Yuan, Guang-min Sheng, Jun Luo, Jia Li (2013) Microstructural characteristics of joint region during diffusion-brazing of magnesium alloy and stainless steel using pure copper interlayer. Transact. of Nonferrous Metals Society of China, 23(3), 599–604. DOI: https://doi.org/10.1016/S1003-6326(13)62505-4
36. Dai, J., Jiang, B., Zhang, J. et al. (2015) Diffusion kinetics in Mg-Cu binary system. J. Phase Equilib. Diffus., 36, 613–619. DOI: https://doi.org/10.1007/s11669-015-0417-z
37. Zhang, Jian, Qiang Luo, Qiang Shen, Liangmeng Zhang (2014) Diffusion mechanism and kinetics of diffusion bonded Mg/ Ni/Al joint. Key Engineering Materials, 616, 286–290. DOI: https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.616.286
38. Cheng, S.L., Chen, Y.Y., Lee, S.W., Hsu, H.F. (2009) Formation of Mg2Ni alloy layers and kinetic studies in the binary Mg–Ni system. Thin Solid Films, 517(17), 4745–4748. DOI: https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.011
39. Walker L., Fink, C., Hilla, C., Ying Lu (2023) Peculiar roles of nickel diffusion in intermetallic compound formation at the dissimilar metal interface of magnesium to steel spot welds. Materials & Design, 230(3), 111980. DOI: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.111980
40. Fanjin Yao, Guoqiang You, Lei Wang et al. (2022) Design, fabrication, microstructure, and mechanical properties of interlayer-free vacuum diffusion bonding Mg/Ti composites. Vacuum, 199, 110947. DOI: https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.110947
41. Kвасницкий В.В., Матвієнко М.В., Бутурля Є.А. та ін. (2019) Напружено-деформований стан при дифузійному зварюванні та пайці циліндричних вузлів з м’яким прошарком в умовах силового та термічного навантаження в межах пружності. Вісник Одеського національного морського університету, 1, 126–139. http://nbuv.gov.ua/UJRN/Vonmu_2019_1_13
42. Квасницький В.В., Матвієнко М.В., Бутурля Є.А. та ін. (2019) Напружено-деформований стан зварних і паяних вузлів із різнорідних матеріалів з м’яким прошарком при температурно-силовому навантаженні. Автоматичне зварювання, 8, 10–15. DOI: https://doi.org/10.15407/as2019.08.01
43. Лобанов Л.М., Єрмолаєв Г.В., Квасницький В.В. та ін. (2016) Напруження та деформації при зварюванні і паянні : підручник Н 27. За заг. ред. Л.М. Лобанова. Миколаїв, НУК.
44. Болотов М.Г., Прибитько І.О., Нагорна І.В. (2020) Тліючий розряд як джерело поверхневого нагріву в процесах з’єднання різнорідних матеріалів (огляд). Технічні науки та технології, 2(20), 022–036. DOI: https://doi.org/10.25140/2411-5363-2020-2(20)-22-36
45. Новомлинець О.О., Ющенко С.М., Олексієнко С.В. та ін. (2021) Нова технологія зварювання тиском алюмінію з міддю через прошарок. Технічні науки та технології, 4(18), 009–017. DOI: https://tst.stu.cn.ua/article/view/200335
Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.