这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究的科学论文。以下是针对该研究的学术报告：
作者及机构
本研究由Juan Chen（上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心/金属基复合材料国家重点实验室与大阪大学接合科学研究所双聘）、Hidetoshi Fujii、Yufeng Sun、Yoshiaki Morisada和Katsuyoshi Kondoh合作完成，发表于Journal of Materials Processing Technology（2017年，第242卷，117–125页）。
学术背景
研究领域：本研究属于金属材料加工与焊接技术领域，聚焦于镁合金的搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding, FSW）工艺优化。
研究动机：镁合金因其轻质高比强度的特性，在交通工具制造中具有广泛应用潜力，但其易燃性和较低强度限制了实际应用。通过添加钙（Ca）开发的不可燃镁合金（non-combustive magnesium alloy，如AMX602，成分为Mg-6%Al-0.5%Mn-2%Ca）虽解决了易燃问题，但焊接过程中易因热输入过高导致晶粒粗化、界面氧化缺陷及强织构（texture）各向异性，从而降低接头力学性能。
研究目标：提出一种非对称双面搅拌摩擦焊（asymmetrical double-sided FSW, DFSW）新工艺，旨在通过工具布局的非对称性调控材料流动，实现以下目标：
1. 抑制焊接缺陷（如界面残留氧化物和孔洞）；
2. 弱化接头织构，减少力学性能各向异性；
3. 保持细晶组织以提升接头强度。
研究流程与方法
1. 实验材料与焊接工艺
- 研究对象：采用快速凝固粉末冶金（SWAP）制备的细晶AMX602镁合金板材（厚度4 mm），平均晶粒尺寸1.2 μm，具有典型的挤压织构（〈0001〉平行于板材法向）。
- 焊接方法：
- 对照组：传统单面FSW（旋转速度1100 rpm，行进速度300 mm/min）；
- 实验组：非对称DFSW，上工具为带螺纹探针的搅拌头（直径15 mm，倾斜角3°），下工具为无探针的平面肩部（直径20 mm），双工具均逆时针旋转（600 rpm），行进速度分别为300 mm/min和500 mm/min。
2. 微观结构表征
- 宏观形貌：通过光学显微镜（OM）观察接头横截面，分析焊接缺陷（如飞边、孔洞）及“界面残留”（prior interface residue）的分布。
- 显微组织：
- 扫描电镜（SEM）结合电子探针显微分析（EPMA）检测Ca、O元素分布，确认界面残留为CaO颗粒与相邻粗晶区；
- 透射电镜（TEM）分析析出相（Al₂Ca和Al₆Mn）的尺寸与分布；
- 电子背散射衍射（EBSD）测定晶粒取向与织构强度。
3. 力学性能测试
- 硬度：维氏硬度仪测量接头中厚度线的硬度分布；
- 拉伸性能：沿垂直于焊接方向取样，测试抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和延伸率（EL），并观察断口位置。
主要结果
1. 焊接缺陷控制
- 界面残留：低速（300 mm/min）DFSW时，热输入过高导致初始对接界面氧化生成CaO颗粒链，并伴随Ca溶质贫化的粗晶区；提高行进速度至500 mm/min可减少此类缺陷。
- 孔洞与飞边：低速焊接时因材料流动不平衡产生孔洞和过量飞边，优化参数后消失。
2. 织构弱化
- 单面FSW：接头不同区域（前进侧AS、搅拌区SZ、后退侧RS）均呈现强织构，〈0001〉方向垂直于探针侧面，导致力学性能各向异性。
- 非对称DFSW：双工具非对称布局扰乱材料流动，使接头中部织构随机化，最大织构强度显著降低（图9-10）。
3. 力学性能提升
- 硬度：DFSW接头硬度从母材到搅拌区的过渡更平缓，优于单面FSW的陡降（图11）。
- 拉伸性能：DFSW接头（500 mm/min）的UTS（285 MPa）和YS（148 MPa）均高于单面FSW（259 MPa和89 MPa），归因于细晶保留与织构弱化（图12）。
结论与价值
- 科学价值：
- 揭示了DFSW中热输入与界面氧化缺陷的关联性；
- 证明了非对称工具布局可通过扰动材料流动实现织构调控，为镁合金焊接各向异性抑制提供了新思路。
- 应用价值：
- 优化后的DFSW工艺适用于不可燃镁合金的高效连接，有望推动其在航空航天、汽车等领域的结构件应用。
研究亮点
- 创新工艺：首次将非对称DFSW应用于细晶AMX602镁合金，通过双工具设计同时解决缺陷与织构问题；
- 多尺度表征：结合EPMA、EBSD和TEM，全面解析了界面残留的成因及其对性能的影响；
- 性能突破：在弱化织构的同时保持细晶组织，实现了强度与延性的平衡。
其他发现
- 析出相稳定性：TEM显示焊接后Al₂Ca和Al₆Mn析出相尺寸与分布未显著变化，表明DFSW热循环对第二相影响较小（图4）；
- 断裂机制：DFSW接头断裂位置转移至热影响区外，证实织构随机化有效抑制了应力集中。
此研究为镁合金焊接工艺开发提供了重要理论依据和技术参考，后续可进一步探索工具几何参数与材料流动的定量关系。