铜/铝异质钎焊连接界面金属间化合物的研究进展（英文）

对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2～5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

充芯连铸铜包铝复合材料的界面形成机理

采用垂直充芯连铸法制备断面尺寸为60 mmmmmm(长×宽×圆角半径)、铜包覆层厚度为2 mm的铜包铝复合材料,并采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)等对界面的形貌和组成进行表征。结果表明:铜包铝复合材料界面层在近铜侧主要由平面状的CuI区)和胞状的CuAlII区)两区组成,在近铝侧为αAl)+CuAl伪共晶组织(III区)而在Cu和CuAl之间还残存未转变的高温相Cux。基于分析结果,提出了充芯连铸铜包铝的界面形成机理。     

铜/铝固态界面金属间化合物的生长行为

在573～773 K温度范围内对铜铝冷轧复合板进行退火处理。观察、分析了铜铝固态界面金属间化合物的演变行为,从扩散动力学的角度分析了界面相的形成机制和长大机制。结果表明:退火处理后试样界面反应层由靠近Al侧的Al_2Cu、靠近Cu侧的Al_4Cu_9以及处于二者之间的AlCu三层金属间化合物构成,其形成序列为Al_2Cu、Al_4Cu_9、AlCu;界面金属间化合物生长控制机制由前期的反应控制和后期的扩散控制两部分构成;退火温度越高,反应机制控制阶段终了时间越早。     

强冲击载荷下Ti-Al_3Ti金属间化合物复合材料失效机理研究（英文）

以数值研究了破片冲击载荷作用下Ti-Al_3Ti金属间化合物复合材料的动力学行为及其失效机理。系统考察了强冲击载荷下,Ti-Al_3Ti金属间化合物复合材料的冲击性能、应力分布、失效行为及能量吸收机制。结果表明:在冲击载荷作用下,压缩波在复合材料间由于界面反射转变为拉伸波,导致Ti-Al_Ti金属间化合物复合材料主要处于拉应力状态。在破片贯穿金属间化合物复合材料的中间阶段,在Al_3Ti内形成横向裂纹、倾斜裂纹和垂直裂纹,这些破坏模式可有效地吸收冲击动能。因而,Ti-Al_3Ti金属间化合物复合材料具有优异的动态吸能特性。     

衬板轧制铝/镁/铝复合板的波纹界面结构及形成机理（英文）

提出一种采用衬板轧制进行AA1060铝/AZ31B镁/AA1060铝复合板的制备方法。结果表明：传统轧制铝/镁/铝复合板截面轮廓较为平直,而衬板轧制由于衬板可将剪切力部分转化为压应力,从而改变复合板板受力状态,在铝/镁界面连接处形成差速流动,故而界面轮廓呈现波浪状特征,层间实现互锁连接。界面连接强度为64 MPa,是传统轧制复合板的4倍。力学性能测试表明：衬板轧制复合板的抗拉强度可达210 MPa,比传统轧制法提高12.3%。综上可知,衬板轧制法为高性能铝/镁/铝异质复合板成形制造提供一种新思路。     

Al-Si-Cu-Fe合金中富铁金属间化合物的形成和析出（英文）

研究锰添加对工业用Al-Si-Cu-Fe合金中富铁金属间化合物形成和析出的影响。发现在液固相温度之间经过固态富铁相的析出后,锰的加入是一种有效降低平衡液相中铁含量的方法。高的m(Mn)/m(Fe)质量比会降低实验合金中的铁含量,在此过程中锰被消耗,并且作为固态富铁金属间化合物沉积在熔体金属的底部。因此,合金中的最终Fe含量可以用锰含量和保温温度来控制。这些结果验证了专门设计的50 mm圆柱铸件的理论计算和实验测试的一致性。在600°C时,Al-Si-Cu-Fe合金中的富铁金属间化合物10 min后全部析出。与原始合金相比,当m(Mn)/m(Fe)质量比为0.5和1.0时,基体中的铁含量分别降低31.4%和53.5%。富铁金属间化合物为α-Al15(Fe,Mn)3Si2,与其他富铁金属间化合物相比,这种相可以提供较低的平衡铁浓度。     

铜包铝复合材料研究进展

对铜包铝复合材料及其相关领域的研究现状进行评述。介绍铜包铝复合材料的主要制备方法、铜铝的界面结合机理、铜铝二元合金相图、金属间化合物相的形成与长大规律等方面的研究成果,并对铜包铝复合材料的发展进行展望。     

感应加热连续退火对铜包铝复合线材再结晶组织和界面金属间化合物的影响

研究了在250~470℃下感应加热连续退火对冷拉拔铜包铝复合线材包覆Cu层和Al芯组织、界面层金属间化合物组成和厚度的影响,并与传统炉式等温退火的实验结果进行了比较.结果表明:当感应加热温度为250℃时,Cu层和Al芯只发生回复现象;Cu层和Al芯分别在300和330℃时开始发生再结晶,在430℃时均发生完全再结晶,平均晶粒尺寸分别约为6.0和7.3μm.当温度为360℃时,Cu/Al界面形成了不连续分布的CuAl2金属间化合物;当温度为390℃时,界面形成了连续分布的CuAl2层,430℃时形成了CuAl2和Cu9Al42种化合物层,平均厚度分别约为0.52和0.48μm.进一步升高温度,Cu层和Al芯的晶粒明显长大,界面化合物层厚度呈增大趋势.在本工作实验条件下,冷拉拔铜包铝复合线材合理的感应加热连续退火温度为430℃.与炉式等温退火工艺相比,感应加热连续退火方法可明显细化铜包铝复合线材Cu层和Al芯的再结晶晶粒,显著减小界面金属间化合物层厚度.     

反应合成Ni-Al金属间化合物的组织及形成机理(英文)

以Ni粉和Al粉为原料,通过热爆反应合成制备Ni-Al系金属间化合物,研究了反应物摩尔比对生成物物相、组织结构和显微硬度的影响。结果表明:当Ni、Al摩尔比为1:1时,反应生成物为单一的NiAl相;当Ni、Al摩尔比为2:1时,生成物相组成为NiAl+Ni3Al相,因为非平衡冷却,NiAl含量多,呈不规则块状形态分布,Ni3Al相析出量少,主要沿初生NiAl晶界分布,当进一步提高Ni含量,且Ni、Al摩尔比为3:1时,生成物组织形态复杂,除枝晶状的β-NiAl、粗大块状和网状的γ-Ni3Al外,还有板条状和针片状的M-NiAl和不规则的块状或者尖条状的γ′-Ni3Al,这主要是由非平衡冷却和β-NiAl内的成分差异而引起的。     

铜铝钎焊接头中的金属间化合物

本文对近年来钎焊铜铝异种材料的相关研究进行回顾,分析了在接头形成与服役时,焊缝中金属间化合物(IMCs)的形成与生长。结果表明,金属间化合物的形成与生长在接头形成与服役过程中是不可避免的。金属间化合物的形成和生长取决于铜铝之间以及与钎料之间的原子相互扩散。金属间化合物的形核和生长必须同时满足热力学与动力学条件。脆硬性金属间化合物容易引起应力集中,且其形成与生长会加剧扩散原子的消耗,因此金属间化合物的形成与生长是导致接头缺陷(如孔洞、空洞和裂纹)的主要原因之一。当界面处金属间化合物层的厚度超过2~5μm时,接头性能会急剧下降。影响金属间化合物生长与扩散和接头缺陷的主要因素有温度,导热性,接头设计,热输入和钎料成分等。以上因素主要通过改变原子扩散过程影响金属间化合物的形成与生长。目前,控制金属间化合物形成与生长的主要方法有控制接头热输入、优化接头设计和在钎料中添加第三元素等。     

冷轧铜铝复合板结合界面速度场分析（英文）

通过有限(FEM)元速度场研究了冷轧铜铝双层板的复合过程,将该过程中金属的变形特征进行了分析,同时,将有限元计算结果与某工厂数据相结合,分析了轧制速度、压下率、异径同步、异径异步对铜铝双层板复合的影响。结果表明,速度场模型能够更有效地说明铜铝板的复合过程;轧制速度越大,变形区出口处复合面金属流动的同步性越差,复合强度越低;异径同步轧制铜铝复合板时,辊径比取1.4~1.6,变形区出口处复合面金属流动的同步性越好,复合强度较高;异径异步轧制铜铝复合板时,轧制速比取1.2,变形区出口处复合面金属流动的同步性越好,复合强度较高。     

冷冻浇注制备多孔钛铝基金属间化合物的显微组织及性能（英文）

通过冷冻浇注法制备具有定向长孔结构的多孔钛铝基金属间化合物。采用Ti-43Al-9V-1Y工程级粉末(D₅₀=50μm)、羧甲基纤维素以及瓜尔豆胶配制水基浆料用于冷冻浇注。研究结果表明,在-5℃的冷冻条件下可制备具有定向长孔结构的多孔钛铝,并且可通过改变浆料中粉末的体积分数来控制孔隙结构。当粉末含量从10%增加至30%(体积分数)时,总孔隙率由81%减小至62%,定向孔宽度由约500μm减小至约270μm。随着孔隙率的降低,沿定向孔方向的压缩强度由16MPa增加至120MPa。另外,所制备的多孔钛铝的等效热导率较低,最高为1.81 W/(m·K),并且受孔方向的影响呈现出各向异性。     

热处理对铜包铝复合材料界面组织及结合强度的影响

研究了铜包铝棒材的断裂行为和不同热处理对铜包铝复合材料界面结合强度的影响。结果表明:铜包铝复合材料在剪切作用力下裂纹在Cu_9Al_4层与CuAl_2层结合处形核并扩展。当载荷达到17.5 MPa时,裂纹会穿过Cu_9Al_4层向铜层扩展或者贯穿CuAl_2层向共晶层延伸,当载荷达到50.0MPa时铜包铝复合材料发生断裂。400℃×60 min热处理后,CuAl_2层开始变厚,结合强度下降到40.3 MPa;450℃×60 min热处理后,CuAl_2层厚度急剧长大,结合强度急剧下降至18.4 MPa;500℃×60 min热处理后CuAl_2相消失,结合强度达到最大值60.3 MPa;530℃×60 min热处理后CuAl_2层重新形成,结合强度为13.4MPa;而高于550℃×60 min热处理以后,该材料会发生明显的熔蚀反应。     

界面对铜/铝异步轧制层状复合材料组织与性能的影响（英文）

利用异步轧制复合技术和退火工业制备铜/铝层状复合材料,利用扫描电子显微镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,进行剥离和拉伸实验研究界面的力学性能。结果表明,热处理过程促进了界面层的形成,而较高的退火温度破坏了界面结合。层状复合材料的拉伸性能介于两组元金属之间。经340℃退火后,铜基体的延伸性能与铝基体接近,并且界面开裂程度较低。在拉伸过程中,两金属基体延伸率不同,导致界面发生内部断裂。界面作为铜、铝之间的过渡层,在强化复合材料方面起到重要作用。     

金属间化合物Ti2AlNb的高温变形行为和变形机理（英文）

对金属间化合物Ti2AlNb基合金在加热状态下的变形行为和变形机理进行研究。首先,利用单向拉伸试验得到不同温度和应变速率下合金的真应力-应变关系;然后,通过拉深和弯曲试样得到合金的极限拉深比(LDR)及弯曲性能参数;最后,通过金相实验和断口形貌分析研究Ti2AlNb基合金在不同加热条件下的高温变形机制。结果表明:在750~950℃、应变速率0.001 s~(-1)的条件下,随着温度的升高,合金的伸长率从13.58%增大至97.82%,屈服强度从788 MPa降低至80 MPa;当温度达到950℃时,应变速率对合金的变形性能有明显影响。同时,在该温度范围内,材料发生由O相向B2和α2相的组织转变,从微观组织演变揭示了Ti2AlNb基合金塑性提高的变形机理。     

AuSn20/Ni焊点的组织及界面金属间化合物的生长动力学行为（英文）

采用回流焊技术制备AuSn20/Ni焊点,通过扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)技术分析焊点的界面反应及退火过程中组织的演变,并探讨界面金属间化合物(IMC)的生长动力学。结果表明,在583 K钎焊后,AuS n20/Ni界面形成(Ni,Au)3Sn2IMC层,而且IMC层厚度l的变化随退火时间t的延长符合表达式l=k(t/t0)n。焊点分别在393、433和473 K下退火时,关系指数n分别为0.527、0.476和0.471,表明在低于液相线温度退火时,AuSn20/Ni界面IMC层的生长以体积扩散机制为主,且其体积扩散的预指数因子K0和激活焓QK分别为1.23×10-7 m2/s和81.8 k J/mol。     

复合材料孔隙形成机理、影响机制及实验表征（英文）

针对常见的复合材料孔隙问题,从机械夹杂形核理论与经典形核理论分析了孔隙的形成与影响机制,并通过具体实验对孔隙形貌、分布、大小进行了表征。结果表明:纤维浸润性差、蒸气分子的滞留及交联反应时的分子挥发是孔隙形成的主要原因;较低固化压力条件(0.0~0.2 MPa),对复合材料内部孔隙的消除作用不大,随固化压力提高,复合材料孔隙率及孔隙大小下降明显;孔隙率、孔隙大小与系统压力存在幂函数递减变化关系。     

6061铝基体上镍涂层热处理过程中Ni-Al金属间化合物的形成机理(英文)

采用电沉积方法在Al基体上沉积Ni制备Ni-Al扩散偶,并研究扩散偶中Al3Ni和Al3Ni2的形成机理和生长动力学。在6061铝基体上采用直流电沉积方法制备20μm厚的Ni涂层。然后在Ar气气氛下,样品在450,500和550°C下热处理不同时间。采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对金属间化合物进行表征。结果表明,Ni-Al金属间化合物的形成可分为两个重要步骤。首先,金属间化合物在不同位置侧面生长,形成连续金属间化合物层;其次,连续金属间化合物层在垂直于界面方向继续生长。随着金属间化合物厚度的增长,Al3Ni和Al3Ni2等反应产物将与基体发生分离。Al是Al3Ni生长的主要扩散元素,而Ni是Al3Ni2生长的主要扩散元素。Al3Ni和Al3Ni2相的生长动力学遵循抛物线方程。