钛网添加对镁/铝复合板微观组织和力学性能影响研究

目的 有效抑制镁/铝复合板界面处金属间化合物的形成。以钛网为中间金属夹层,研究它对镁/铝复合板微观组织和力学性能的影响。方法 利用复合轧制技术制备以钛网为中间金属夹层的镁/铝-钛复合板,采用扫描电子显微镜(SEM)、电子背散射衍射仪(EBSD)、万能试验机等对复合板退火前后的微观组织和力学性能进行表征和分析,系统研究中间层钛网对轧制态和退火态复合板微观组织、织构、拉伸性能、界面结合强度的影响规律。结果 中间层钛网均匀分布在镁/铝-钛复合板界面处,钛网的添加能有效抑制复合板退火过程中镁-铝金属间化合物的连续生长,减少金属间化合物的数量。与镁/铝复合板相比,钛网的添加对轧制态和退火态复合板中镁层和铝层的平均晶粒尺寸和织构类型的影响较小。与镁/铝复合板相比,钛网的添加降低了轧制态复合板的界面剪切强度和延伸率,但极大提升了退火态复合板的界面剪切强度、拉伸强度和延伸率。结论 中间层钛网的添加可有效减少复合板界面处金属间化合物的数量,提升退火态复合板的综合力学性能。     

铜／铝冷轧复合板剥离性能及界面摩擦分析

采用同步轧制方法制备铜／铝复合板,研究了轧制变形量对于铜／铝复合板结合强度和剥离表面形貌的影响,分析了轧制复合界面摩擦机理。研究结果表明,复合板结合强度、剥离表面粘铝、铜基体表面裂纹数都随着轧制变形量的增大而增大。变形量为50％时,结合强度为2N／mm,变形量为60％时,结合强度为7N／mm,变形量为70％时,结合强度为14N／mm。轧制过程中,新鲜金属从结合面裂纹中挤压出来,受界面摩擦力剪切作用,两新鲜金属搓合在一起形成良好结合。     

累积叠轧制备的Cu/Al/Cu复合板材金属间化合物层演变及其对力学性能影响研究

目的 研究在不同温度条件下Cu(商业纯铜)/Al(AA1060)/Cu复合板材累积叠轧过程中界面金属间化合物层对材料性能的强化规律.方法 在不同温度条件下(350～500℃)累积叠轧制备Cu/Al/Cu层状复合板材,深入分析其界面金属间化合物层形状、元素分布及其对力学性能的影响规律.结果 金属化合物层的厚度随着轧制温度的升高逐渐增加,且随着轧制温度的不同,形貌呈现很大的差异.当轧制温度为350℃和400℃时,金属间化合物相对平整.轧制温度升高到450℃时,金属间化合物层呈现锯齿形,使该工艺条件下加工的材料同时具有较好的强度(273 MPa)和塑性(4.06％).结论 制备Cu/Al/Cu层状复合材料过程中,通过优化轧制温度这一重要轧制参数,能实现强度和塑性的综合提高.     

冷拉拔铜包铝细丝的退火工艺与组织性能研究

研究了冷拉拔铜包铝细丝合理的退火工艺及其对材料力学性能、铜包覆层组织及界面扩散层厚度的影响规律.结果表明:铜包铝细丝的最佳退火工艺为300℃×60min.低于200℃退火时,铜包铝细丝铜包覆层处于回复阶段,细丝强度从冷拉态的361MPa急剧下降到236MPa,延伸率略有降低;300℃退火后,铜包覆层的再结晶完成,细丝的抗拉强度下降至约152MPa,延伸率升到最高,达到16.3%;400℃退火后,铜包覆层晶粒显著长大,界面处生成脆性金属间化合物,延伸率急剧下降.界面扩散层的厚度随退火温度和保温时间的增加而增大,当退火温度低于300℃时,扩散层厚度随退火时间增加缓慢;当退火温度高于350℃后,扩散层厚度快速增大.延伸率随扩散层厚度的增加先升高后降低,当界面扩散层厚度为2μm时,铜包铝细丝的延伸率最高.     

铝基层状复合材料界面金属间化合物的研究现状

随着科学技术的进步和新技术、新产业的出现,特别是高、精、尖技术的迅速崛起和发展,各国对工程材料的需求也越来越广泛,对材料性能提出了越来越苛刻的要求。因此传统、单一的金属材料的应用领域受到很大的限制,越来越不能满足高新技术的发展要求。近年来,能源和资源的消耗日渐增多,许多矿产资源日益枯竭,为了节约资源和能源,减轻产品质量,环保绿色的复合材料已成为主流发展方向。异种金属复合材料通过选择不同的组元层,可具备多种优异性能,以满足抗磨损、抗腐蚀、抗冲击及高导热导电等特殊要求。目前,金属基复合材料在石油、机械、化工、电子及家用电器等许多领域得到了广泛应用。铝基层状复合材料兼具铝合金的耐腐蚀、高导热、低密度和其他组元层的优良性能,如不锈钢耐腐蚀、铜高导电导热散热、钛耐高温冲击耐腐蚀、镁低密度优良电磁波屏蔽性能等,可满足多种特殊使用要求。铝不锈钢、铝镍及铝钛复合材料的应用,可节约Cr、Ni、Ti等稀贵金属。为了使铝基层状复合材料具有良好的界面结合性能,异种金属复合后,通常进行扩散退火,然而异种金属扩散退火过程中若层状复合材料界面有金属间化合物生成,将会损坏组元层间的结合强度,甚至分层,严重影响复合材料的使用性能。因此,研究界面金属间化合物的形成及生长是开发铝基层状复合材料的关键。本文较为系统地阐述了常用铝/不锈钢、铝/钛、铝/镍、铝/铜、铝/镁五种铝基层状复合材料界面金属间化合物,介绍了界面金属间化合物相的组成及生长动力学,并给出了五种铝基层状复合材料界面化合物的生成条件。同时,揭示了铝基层状复合材料界面金属间化合物初始形成过程,包括金属相互扩散、到达最大固溶度后初始相的形成、金属间化合物不同相间的转变及金属间化合物厚度的增加,得到了界面化合物厚度与扩散退火时间和温度的关系,金属间化合物层厚度(X)与时间(t)之间的关系满足公式:X=kt~n(n为动力学指数)。此外,本文就Si对铝镍、铝钛层状复合材料界面金属间化合物的影响进行了预测。     

硅对铝铅轴承合金带与热浸铝钢板热轧复合界面强度的影响

将铝铅合金带分别与热浸纯Al、Al-2%Si合金的钢板进行热轧复合。研究了元素硅、热浸时间、金属间化合物层厚度及缺口界面分数对结合强度的影响。结果表明,在复合过程中产生两种不同界面,铝铅合金与热浸铝钢板通过缺口界面和化合物界面而结合。总的结合强度主要取决于缺口界面强度的大小与分数的高低,而且与后者之间呈线性关系。硅对总结合强度的影响体现在:虽然对化合物界面强度的影响较小,但显著提高缺口界面强度,因而使总结合强度明显提高。在给定实验条件下,使热浸纯Al时的缺口界面强度从约为化合物界面强度的4倍提高到热浸Al-2%Si时的近6倍。     

基于铜铟二级微纳米层固液扩散互连方法

提出一种基于特殊形貌铜铟二级微纳米层的液固扩散互连方法.将两块具有针状阵列结构的铜铟二级微纳米层的基板表面相互接触,对接触区域进行加热以进行固液互连.这种铜铟微纳米层具有二级结构,第一级为细小均匀的圆锥形阵列铜针层,第二级为镀覆铜针层上的铟微米层,其能有效防止铜层氧化.在互连温度260℃下,铟变成液态,互连时液态铟浸润铜针层,形成金属间化合物Cu2In.通过扫描电子显微镜和透射电子显微镜及焊接强度测试仪分别分析了互连界面的显微组织,金属间化合物和剪切强度变化趋势.发现随着互连时间的延长,互连界面组织均匀,剪切强度增加,互连质量良好.这归因于铜针层结构与铟层形成物理互锁界面,铟在界面处与铜形成金属间化合物Cu2In.Cu2In是一种优质相,具有良好的塑性,提高了互连质量.热处理实验表明这种铜铟微纳米层互连技术短时热处理即可获得较好的互连强度.     

热循环对SnAgCu(纳米Al)/Cu焊点界面与性能影响

研究了纳米0.1%(质量分数)Al颗粒对SnAgCu无铅钎料与铜基板之间界面反应的影响,研究两种无铅钎料界面在-55~125℃热循环过程中的生长行为及其焊点力学性能变化。结果表明:随着热循环次数的增加,界面层金属间化合物的厚度明显增加,焊后界面层金属间化合物为Cu6Sn5相,在热循环过程中在Cu6Sn5和Cu基板之间出现Cu3Sn相。发现纳米Al颗粒的添加,界面层金属间化合物的厚度明显减少,纳米颗粒对界面层的生长具有明显的抑制作用。同时对焊点在热循环过程中的可靠性进行分析,发现焊点的拉伸力随着循环次数的增加逐渐降低,含纳米Al颗粒的焊点具有明显的优越性,在焊点服役期间,焊点失效路径为Cu6Sn5/Cu3Sn的界面处。     

AZ31镁合金在累积叠轧焊过程中的界面焊合研究

采用扫描电境观察了AZ31镁合金在累积叠轧焊(ARB)过程中的界面焊合现象。结果表明:轧前预热温度为300℃和道次压下量为50%的累积叠轧焊工艺可以使AZ31板材获得良好的界面焊合,后续的累积叠轧焊变形可以有效改善界面焊合质量。ARB板材的拉伸断口呈现典型的延性断裂形貌,界面未形成良好焊合的部分呈现裂口焊合形貌。累积叠轧焊变形中的界面焊合过程包括:表面硬化脆性层减薄、断裂,氧化膜破碎,暴露出来的新鲜金属在轧制压力的作用下沿裂纹流动、相互接触,形成冶金结合。后续退火可以改善界面焊合质量。     

铜铝双金属复合材料的研究进展

铜铝双金属复合材料由于其优良的综合性能受到广泛关注和研究。介绍了铜铝双金属复合材料的发展概况,综述了复合技术、界面行为、金属间化合物的形成和生长规律、金属间化合物的微观结构以及铜铝间的扩散行为等方面内容,论述了铜铝复合材料的力学和电学性能的研究进展,并提出了其发展趋势。     

铝/钛/铝三层复合板热轧工艺及微观组织研究

钛/铝层状复合材料具有两种材料优异的特性,能够满足一些特殊工程需要。开发了热轧复合技术,成功制备了铝(1100)/钛(TA2)/铝(1100)三层复合板。研究了复合板轧制过程中的关键轧制技术参数(临界压下率和轧制复合工艺条件)。利用光学显微镜和SEM观察了钛/铝复合板及结合界面形貌,分析了不同退火温度对复合板力学性能的影响。基于实验结果,描述了影响复合板质量和有助于提高复合板结合强度的关键工艺过程。     

铝添加剂对镀钛金刚石/铜复合材料热学性能的影响

针对添加剂铝能够改善镀钛金刚石/铜的界面粘附力,研究了不同体积分数铝的加入对金刚石-铜的界面、微观结构、界面产物的形成以及热性能的影响。结果表明:铝的加入在金刚石-铜界面之间形成了金属间化合物Al_5 CuTi_2和AlCu_2Ti,金属间化合物的形成明显地改善了金刚石-铜的界面浸润性,提高了复合材料的致密度。然而,随着铝体积分数的增加,复合材料的热导率反而降低,是由于金属间化合物的形成阻碍了有效传热界面,增加了热阻造成的。当铝和金刚石体为分别为2 vol.%和75 vol.%时,样品最高热导率达到了570 W/(m·K)。     

梯度三明治银基钎料复合界面组织及生长动力学研究

针对梯度钎料轧制过程中易出现撕裂的问题,借助扫描电镜、EDS 能谱仪、万能力学试验机等手段研究气保护热压复合BAg40CuZnNi/CuMn2/BAg40CuZnNiMnCo梯度三明治复合钎料均匀化退火工艺对界面扩散组织和性能的影响规律,探明复合界面生长行为,为优化退火工艺提供技术参考。研究结果表明:热压复合界面扩散层主要为富铜相、富银相;随均匀化退火时间的延长,界面两侧元素不断发生互扩散,界面结合强度有所下降,当保温时间在5 ~18 h时强度稳定在180 MPa左右。继续延长时间,界面扩散层厚度超过20 μm,脆性的AgZn₃相尺寸不断粗化增大,强度由初始态的260 MPa下降到100 MPa左右,导致复合钎料在轧制过程中出现开裂。退火不同时间后,界面扩散层厚度逐渐增加,其趋势符合抛物线法则;当退火温度达823 K,保温18 h时,扩散层厚度由原来的12.5 μm增加到22.4 μm;运用Arrhenius方程计算得出界面扩散层生长激活能为20.810 8 kJ/mol,并获得其生长动力学模型,通过此模型可对扩散层厚度进行初步计算。     

异步轧制对钢/铝复合板组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜及材料拉伸试验机等研究了异步轧制工艺制备的钢/铝复合板的组织与性能,探讨了异步速比对复合板界面剪切强度的影响。结果表明,异步轧制工艺可在30%的临界压下率下实现钢/铝的有效初结合,板材的初结合强度高于同步轧制样品。复合板的界面剪切强度随异步速比的增加先增大后减小,最佳的异步速比为1.2～1.25。异步轧制过程可实现钢基体粗大柱状晶的破碎与晶粒细化,轧后的复合板在450℃退火1h后即可以使钢基体获得理想的软化效果,克服了同步轧制样品在温度超过500℃退火时界面易生成脆性金属间化合物的难题。复合板的反复弯曲次数可达10次。     

热处理对冷轧铜铝复合板材界面扩散层结构的影响

用SEM、TEM、微区XRD等手段分析了复合板界面扩散层的形貌和结构,研究了热处理工艺对冷轧铜铝复合板材界面扩散层结构的影响,讨论界面扩散层形成规律。研究表明,冷轧铜铝复合板经过扩散热处理后,在复合界面形成具有扩散性质的界面层,随着热处理时间的延续,界面扩散层由最初的单层逐渐生长为三层,进一步延长热处理时间,界面层的层数不变,厚度略有增加;界面层含有q(Al2Cu)相、h2(AlCu)相和g2(Al4Cu9)相等金属间化合物;界面扩散层结构为:铝侧的Al-Cu固溶体与q(Al2Cu)相复合层、h2(AlCu)相层和铜侧的Cu-Al固溶体与g2(Al4Cu9)相复合层。     

铝-铜外导槽式磁脉冲焊接接头组织与性能

目的 对铝板和铜板进行外导槽式磁脉冲焊接,研究不同晶粒度的母材对焊接接头界面形貌和力学性能的影响。方法 采用万能拉伸试验机、扫描电镜、EDS能谱以及显微硬度计等分析方法,观察焊接接头界面形貌,测试焊接接头的力学性能。结果 在电压9 kV,间隙2 mm的条件下,获得了铝板和不同退火温度的紫铜板外导槽式磁脉冲焊接接头;铜母材的晶粒度大小会影响铝-铜板焊接接头界面形貌,经450 ℃退火处理的铜板与铝母材形成界面波形最明显且过渡区厚度最大;过渡区是铝铜元素的混合区,宽过渡区界面形成稳定的化合物,如CuAl和CuAl2;焊缝处的显微硬度值总是比两侧母材的硬度值高,远离焊缝的硬度值保持稳定,未热处理的铜板与铝板形成的焊缝硬度最高。结论 铝-铜外导槽式磁脉冲焊接接头强度高于铝母材。     

稳态法实验研究Ga_(68)In_(20)Sn_(12)液态金属界面热阻特性北大核心CSCD

搭建了镓铟锡合金低温液态金属接触热阻实验平台,验证了实验系统的可靠性,对比了常规导热硅脂和液态金属的热阻特性,研究了压力、温度和界面特性对接触热阻的影响规律。实验结果表明,特征测点温度稳定变化且在稳态下具有很小的线性偏差(ε<6%),表明该实验系统具有较高的可靠性。与导热硅脂相比,在74 kPa的界面压力下液态金属的接触热阻降低约71%,且界面接触热阻随着压力的增加而降低。此外,界面温度的升高造成试件界面处液态金属导热系数降低,进而增加界面接触热阻。通过对铜表面镀镍处理能够有效防止液态金属对铜表面发生腐蚀,但镍层存在造成接触热阻增大。     

激光钎焊Sn-0.7Cu/Cu界面IMC生长行为EI北大核心

金属间化合物IMC厚度及形貌对焊点力学性能起到关键作用。本工作以激光为加热热源,Cu为基底,研究钎焊时激光功率以及激光扫描速度对Sn-0.7Cu无铅焊料界面金属间化合物生长规律的影响。结果表明:不同激光参数下,得到的界面金属间化合物形貌及厚度存在差异。随着激光功率增大,界面处形成的Cu6Sn5IMC层变厚;而随着扫描速度增大,IMC厚度减小;界面IMC厚度变化与功率及扫描速度有如下函数关系:d=D0+Kp/v。     

铜/铝双金属复合材料研究新进展

双金属复合材料能综合各基体金属的优异性能,弥补单一金属的不足,具有性价比高、成本低等特点,是目前材料研究领域的热点。铜/铝双金属复合材料作为一种典型的双金属复合材料,综合利用铜的高导电、高导热,以及铝的质轻、易焊接、低成本等优点,广泛应用于电力、热传输、汽车等领域,受到国内外研究人员的广泛关注。然而,制备铜/铝双金属复合材料的主要难点包括:(1)铜、铝两种材料均易氧化,且形成的氧化膜难以去除;(2)界面易形成硬脆的金属间化合物,危害铜/铝双金属复合材料的性能。近年来,研究人员不断完善现有工艺和开发新工艺,对界面形成机理、金属间化合物的生长调控、组元金属之间的尺寸与性能的匹配、变形与热处理协调、性能表征等方面进行了大量研究,并取得了丰富的成果。研究人员通过优化工艺参数、采用物理和化学方法控制界面金属间化合物的生长,提高界面结合强度;采用原位表征手段观察界面的相演变,探究界面结合机理;结合有限元模拟技术,开展铜/铝双金属复合材料变形、热处理和缺陷预测等方面研究,指导实际生产;综合评价铜/铝双金属复合材料的力学、电学、热学和耐腐蚀等性能,不断挖掘其应用潜力。本文归纳了铜/铝双金属复合材料的制备工艺,重点评析了组合复合工艺在制备铜/铝双金属复合材料的应用。综述了铜/铝双金属复合材料在界面组成、原位观察界面相的演变、界面性能评价和界面结合性能提升等方面的研究新进展,并预测了铜/铝双金属复合材料未来的研究方向。     

水下搅拌摩擦焊对铝/铜接头组织与性能的影响

目的 采用搅拌摩擦焊,对比分析大气环境和水下环境下铝/铜接头的组织与性能,以期获得力学性能更优异的铝/铜焊接接头。方法 利用搅拌摩擦焊,在焊接速度为40 mm/min、旋转速度为1 000 r/min的条件下,分别在大气环境和水下环境下对厚度为9 mm的6061铝合金板和T2纯铜板进行焊接。然后,对铝/铜界面、焊核区进行扫描电镜及能谱分析,并对铝/铜界面及焊核区进行物相分析,确定产物相组成。最后,对铝/铜试样进行拉伸及硬度检测。结果 铝/铜接头均无裂纹、气孔等缺陷。铜颗粒弥散分布在焊核区,铝/铜界面形成金属间化合物层。水下搅拌摩擦焊下界面元素扩散距离明显变短,且金属间化合物厚度更薄。铝/铜接头的金属间化合物为AlCu和Al4Cu9。大气环境焊接下接头的抗拉强度为130.6 MPa,断裂方式为脆性断裂;水下焊接下接头的抗拉强度为199.5 MPa,断裂方式为韧性断裂。水下环境下的接头硬度值更高,其中热影响区的硬度最低值约为65HV。结论 水下搅拌摩擦焊铝/铜接头无裂纹、气孔等缺陷。组织上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头界面元素扩散距离更短,硬脆的金属间化合物更少;性能上,水下搅拌摩擦焊的铝/铜接头强度更高,抗拉强度达到199.5 MPa,达到母材的74.4%。