原位热压反应制备高性能亚微米层状Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷

以Ti_3AlC_2和Cu粉作为原料,在1150 ℃下原位热压反应制备了具有亚微米层状结构的Ti_3C_2/(Cu-Al)金属陶瓷材料.XRD、SEM和TEM分析表明,这种亚微米层状结构的形成,归因于Ti_3AlC_2与Cu的高温反应引发Ti_3AlC_2层状结构解离、Al原子溶脱,固溶入周围的Cu中形成Cu-Al固溶体,Al溶出后的Ti_3AlC_2中原始Ti_3C_2层规律性聚集、最终形成厚度为150 nm左右的Ti_3C_2层与Cu-Al层交替层叠结构.由于这两种结构之间的牢固结合以及Cu-Al相构成的空间网络结构,使得此金属陶瓷材料具有优异的力学性能和电学性能.其抗弯强度超过1200 MPa,并具有良好的断裂韧性和导电性.     

Cu-Al的搅拌摩擦焊工艺和性能研究

对铜合金和铝合金电器散热器管进行搅拌摩擦焊接,研究了焊接工艺及接头的力学性能。结果表明,搅拌摩擦焊时,应将铝合金作为前进侧,铜合金作为返回侧。焊接接头界面处生成Al2Cu和Al4Cu9金属间化合物。从Al侧到Cu侧,显微硬度呈高→低→高→峰值→低→高的趋势,硬度最大值出现在金属间化合物层。随焊接速率增加,Cu-Al焊接接头抗拉强度呈增加趋势,伸长率呈先增加后减小的趋势。     

低铝含量Cu-Al合金的表面弥散强化及其性能

以Cu2O为氧化剂,在氩气保护下用内氧化技术对不同低Al含量的Cu-Al合金表面进行了弥散强化处理(内氧化温度为1123～1273K,保温时间10～96h),研究了硬化层的组织形貌及性能。用Wagner高温氧化理论分析了铝含量、工艺参数与内氧化层深及内氧化速度之间的定量关系。结果表明：试样表面通过内氧化后,固溶在Cu基体内部的Al以Al2O3形态从基体析出,基体纯化,导电率提高。同时铜基体中弥散分布的纳米级的Al2O3颗粒强化了铜基体,使硬度及磨损抗力提高。Al含量的多少直接影响内氧化层的厚度、组织形貌及硬度和导电率,Cu-Al合金的内氧化动力学曲线呈抛物线变化规律。     

过渡材料对等离子喷涂Al2O3梯度陶瓷涂层性能影响

针对Al2O3陶瓷涂层结合强度低、孔隙率高的实际,选择NiAl金属间化合物和金属铜粉作为过渡材料,利用等离子喷涂制备Al2O3梯度陶瓷涂层,并对梯度涂层进行组织形貌观察,测试结合强度和孔隙率.结果表明,梯度涂层的组织表现出宏观的不均匀性和微观连续性的分布特征,NiAl和Cu是金属基体与Al2O3涂层之间过渡层的理想材料,可以有效地提高涂层的结合强度,而Cu-Al2O3梯度涂层又比NiAl-Al2O3梯度涂层结合强度高;梯度涂层的孔隙率远低于双涂层的孔隙率,在Cu-Al2O3梯度涂层中随Al2O3含量的增加,涂层的孔隙率降低,而且孔隙率低于NiAl-Al2O3梯度涂层.     

老化过程中Cu/Al合金键合界面金属间化合物的生长行为

采用热压超声丝球键合方法,将直径50μm Cu引线键合到Al-1%Si-0.5%Cu金属化焊盘.对焊点在不同温度下进行老化,通过SEM,EDX和Micro-XRD分析了金属间化合物(IMC)生长情况.结果表明:老化后Cu-Al IMC主要为CuAl2和Cu9AL4.在老化温度一定时,Cu-Al IMC层的生长厚度与老化时间的关系符合抛物线法则;由实验数据计算得到Cu-Al IMC生长的激活能为97.1 kJ/mol.     

铝合金/Cu/不锈钢接触反应钎焊及中间层溶解行为(英文)

以Cu作为接触反应材料连接6063铝合金与1Cr18Ni9Ti不锈钢,探讨焊接工艺参数对接头组织的影响规律,分析中间反应层Cu的溶解特性结果表明:在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面反应层由Fe2Al5、FeAl3金属间化合物和Cu-Al金属间化合物构成,与之相邻区域主要含Cu-Al金属间化合物,焊缝组织由Al-Cu共晶及大块状的Al固溶体组成;随着保温时间的延长,焊缝组织最为显著的变化是在1Cr18Ni9Ti不锈钢一侧界面的金属间化合物层厚度增加,共晶组织宽度逐渐减小;中间反应层Cu的溶解速度非常迅速,是以秒为计量单位的快速过程,厚度为10μm的Cu溶解时间仅为0.47s。     

内氧化制备Cu/Al2O3弥散强化铜的组织性能研究

实验用Cu2O粉作氧化剂,采用简化的内氧化法工艺,在900℃下使Cu-Al合金薄平板内氧化,获得Cu/Al2O3复合材料。研究不同氧化时间(3、6、10 h)下的Cu/Al2O3复合材料的组织特征及性能。研究表明:复合层中Al2O3颗粒呈弥散状分布;复合层表面和内部的晶粒大小明显不同,由于表面Al2O3析出较早,阻止晶粒的充分长大;表面晶粒较小,表面硬度随时间延长而升高。     

内氧化制备Al2O3/Cu复合材料组织性能研究

采用内氧化工艺,用Cu2O粉作氧化剂,在900℃下使Cu-Al合金薄平板内氧化,获得Al2O3/Cu复合材料,研究Al2O3/Cu复合材料的组织特征及性能。结果表明,复合层中Al2O3颗粒呈弥散状分布;复合层表层和内部的晶粒大小明显不同,表层处晶粒比内部的细小,固溶在Cu基体内部的Al内氧化时以Al2O3形态从基体析出,弥散分布的Al2O3颗粒强化了铜基体,表面显微硬度提高。与固溶在Cu基体中的Al原子相比,Al2O3对电子的散射要小得多,因而内氧化析出Al2O3后电导率升高。Al2O3/Cu复合材料薄板随着冷加工变形量的增加,氧化颗粒与位错的缠结越严重。     

AI2O3/Cu复合材料制备工艺的优化

新型颗粒增强铜基复合电极材料Al2O3/Cu能较好地解决电阻点焊镀锌钢板时普通电极材料做电极寿命较短的问题。为了获得优化的Al2O3/Cu复合电极材料制备工艺,采用粉末冶金法制备Al2O3/Cu复合电极材料,通过改变制备过程中的工艺参数,以密度、显微维氏硬度、电导率、显微组织为检测内容,探讨压制力和烧结温度对Al2O3/Cu复合电极材料物理机械性能和显微组织的影响。结果表明,综合性能最优时的Al2O3/Cu复合电极材料制备工艺为:Cu-Al2O3混合粉末制坯压制力100 kN,烧结温度940℃。     

Cu/Al/Cu层状金属复合材料电子束焊接接头特征

研究了Cu/Al/Cu层状金属复合材料的电子束焊,对焊接接头的表面成形、微观组织、力学性能进行分析。结果表明,采用电子束焊可以实现Cu/Al/Cu层状金属复合材料的有效连接。不同金属层焊缝宽度明显不同,铝层焊缝宽度最大,且铝层金属大量进入顶部和底部的铜层焊缝中。各层母材和焊缝界面均出现了IMCs层,铝层主要是Al2Cu,铜层则主要是AlCu,Al2Cu。在焊缝中心生成大量的块状Al2Cu,均匀分布在α-Al和Al2Cu组成的共晶组织基体中。接头抗拉强度为44 MPa,断口呈现明显的脆性断裂特征,拉伸断裂位置于显微硬度最高的焊缝中心区。 创新点： (1)采用Cu/Al/Cu层状金属复合材料代替纯铜在工业领域的应用。 (2)采用电子束焊接技术实现Cu/Al/Cu三明治结构层状金属复合材料的焊接。     

液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织性能的影响

研究液固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织和性能的影响,并对Al/Cu双金属界面的形成机理进行讨论。结果表明:液固体积比为3:1时Al/Cu双金属材料无法形成有效的冶金结合,当液固体积比超过5:1时,Al/Cu双金属材料连接区域部分位置开始发生冶金结合;在发生冶金反应的情况下,Al/Cu双金属界面面均由Al4Cu9层,AlCu层,Al2Cu层和共晶反应层4层组成;随液固体积比增大,由于凝固时间延长和铜基体的溶解增加的共同作用,共晶反应层组织出现先粗大后细化的变化。Al/Cu界面层的硬度在140~190HV之间,未呈明显的规律性,随着液固体积比的增大,Al/Cu双金属材料的剪切强度先增加后减小,并在在7:1时达到最大值(81 MPa),且均从金属间化合物(IMCs)层发生断裂。     

等通道转角挤压过程中fcc金属的微观结构演化与力学性能

系统总结了面心立方(fcc)金属材料在等通道转角挤压(ECAP)变形后的晶粒细化、微观结构演化规律和力学性能.根据ECAP变形的特点,利用具有特殊取向的Al单晶体和Cu双晶体,经过一道次ECAP挤压发现:材料在ECAP模具对角面附近发生严重塑性变形;除了沿模具对角面切应力的作用外,沿垂直于模具对角面的切应力也起重要作用.此外,通过设计特殊取向的Cu单晶体、Al单晶体和粗晶Cu-3%Si合金经过一道次ECAP挤压,系统研究了层错能、晶粒尺寸和晶体学取向对fcc金属形变孪生所需的孪生应力的影响.对具有不同层错能的Cu-Al合金进行多道次ECAP挤压表明,随着层错能降低,Cu-Al合金的晶粒细化机制逐步从位错分割机制转变为孪生碎化机制,最小晶粒尺寸逐步减小,具有较高或较低层错能材料比中等层错能材料更容易获得均匀的微观组织;Cu-Al合金的拉伸强度和均匀延伸率随着层错能的降低同步提高,即随着层错能的降低,Cu-Al合金的强度-塑性匹配性提高.     

Cu-Al金属间化合物的形成与生长及其对电镀Cu/Al层状复合材料电性能的影响（英文）

采用纯Al片表面浸Zn后再电镀厚Cu层的方法制备Cu/Al层状复合材料。在473~673 K温度范围内对该复合材料进行退火,研究退火过程中Cu/Al界面扩散与反应、界面金属间化合物(IMCs)层的长大动力学以及Cu/Al层状复合材料电阻率。结果表明,经过473 K、360 h的退火处理,未观察到Cu-Al IMCs层,显示Zn中间层能有效抑制Cu/Al界面扩散。可是,当复合材料经573 K及以上温度退火时,Zn层中的Zn原子主要向Cu中扩散,从Al侧到Cu侧形成CuAl_2/CuAl/Cu_9Al_4三层结构的反应产物。IMC层遵循扩散控制的生长动力学,Cu/Al复合材料的电阻率随退火温度及时间的增加而增大。     

不同Al含量Cu-Al合金内氧化后的组织对比

不同Al含量(0.16%、0.3%和0.5%)的Cu-Al合金薄板使用Cu2O粉末包埋法内氧化,制备Cu-Al2O3弥散强化铜合金,并对其微观组织进行分析。结果表明,合金的内氧化层表层晶粒均比内部晶粒明显细小,表面晶粒为5~30μm,内部晶粒为30~100μm;随内氧化时间增加,内氧化层深增加,但随Al含量增加而减小;内氧化层的微观组织为大量细小γ-Al2O3相弥散分布在铜基体上;内氧化层表层γ-Al2O3粒子大小为20~50 nm,间距为50~150 nm,γ-Al2O3粒子与基体Cu的界面匹配关系是(022)Cu//(220)γ,为共格界面。     

Cu/Al侧向复合界面失效分析及性能调控

采用Conclad连续挤压法制备了Cu/Al侧向复合材料并分析了其界面失效机制。利用扫描电镜、能谱和X射线衍射观察和分析了铜铝复合材料的界面组织及形貌;借助热机械分析仪对Cu/Al复合材料的结合层及基体的热膨胀系数进行了表征。讨论了Cu、Al热成形过程中动态回复与再结晶对其界面结合强度的影响。结果表明:界面结合层的宽度,生成脆硬的金属间化合物Cu Al2、Cu Al和Cu9Al4,结合层与基体之间的热膨胀系数差以及动态结晶与加工硬化产生的内应力是导致界面产生脆性劈裂的主要因素。基于Conclad连续挤压的成形工艺及这类缺陷产生的原因,提出了通过调整模具结构、成形的工艺装备及参数的具体措施并最终得到实验验证。     

Cu和Al箔扩散结合界面相生长行为研究

采用等离子活化烧结方法实现了Cu箔和Al箔的固相扩散结合,考察了673～773K温度范围内界面金属间化合物(IMCs)层的生成过程和生长动力学。结果表明:界面IMCs生成过程主要包括物理接触、IMCs形核、IMCs沿界面相连和IMCs层连续增厚4个阶段;界面主要由Al4Cu9、AlCu和Al2Cu层构成;各层厚度与反应时间的关系均符合抛物线规律,表明IMCs生长动力学由体扩散所控制;各层生长速率常数与反应温度之间满足Arrhenius关系,且整个IMCs界面层以及Al4Cu9、AlCu和Al2Cu各单层的生长激活能分别为80.78、89.79、84.63和71.12kJ/mol。     

Cu14Al4.5FeNiCe等离子喷焊层组织及摩擦学特性

气雾水冷方法制备Cu14Al4.5FeNiCe合金粉末,等离子喷焊方法实现粉末在45钢表面喷焊层的制备.采用光学显微镜,XRD,SEM,EDS分析喷焊层表面、结合横断截面、磨损表面及合金相结构和组织形貌,拉伸法测定喷焊层与基体结合力,用UMT-2MT摩擦试验机测试喷焊层与304不锈钢对摩的无润滑摩擦磨损行为.结果表明,...     

TiAl/Ag-Cu-Ni-Li/35 CrMo感应钎焊接头的组织特征

利用扫描电镜、电子探针及能谱分析等方法,对TiAl／Ag-Cu-Ni-Li／35CrMo感应钎焊的接头组织进行了研究。结果表明,钎焊焊缝沿圆柱试件径向出现宽、窄两反应区：钎焊试件外侧为宽反应区,内侧为窄反应区．两区界线明显。900℃保温5min时的钎焊接头组织结构为：TiAl／TiAl与钎缝间的扩散层／富Ag、Cu相／Ti(Cu,Al)2相／富Ag相／AlM2Ti相(M代表Fe,Cu,Ni)／钎缝与35CrMo间的扩散层／35CrMo。靠近TiAl侧的反应层组织形态依次为等轴细晶和Ti(Cu,A1)2相柱状晶,Ti(Cu,Al)2相柱状晶与TiAl母材存在一定的位向关系。     

镁铝异质搅拌摩擦焊搭接接头微观组织分析

采用搅拌摩擦焊方法对厚度为3mm的镁合金和铝合金进行了异质金属的搭接实验,焊后对接头的微观组织形貌以及主要成分进行了分析.研究结果表明,在镁铝界面处形成了一个过渡层,接头主要通过该过渡层形成连接,过渡层内弥散分布着大量树枝状晶Mg17Al12和柱状晶Al3Mg2.     

等离子弧喷焊铜基合金的组织和耐磨性

采用等离子弧喷焊技术，在Q235钢表面制成熔敷低磷锡青铜和镍基合金混合粉末的喷焊层。利用金相、扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法对喷焊层和结合层的组织进行研究，同时测试了喷焊层的硬度和耐磨性。结果表明，喷焊层与基体是冶金结合，结合线清晰。熔敷合金稀释率低。喷焊材料为铜基合金DGCul50时，喷焊层含有α—Cu相，δ相，ε相和Cu3P。喷焊材料为铜基合金DGCul50 适量镍基合金DGNi50A时喷焊层主要含有α—Cu相，δ相，ε相，Cu3P，γ—Ni，Ni2B，CrB，(Fe，Ni)23C6，(Cu，Ni)23C6和Fe5Si2B2。随加入铜基合金粉末中的镍基合金粉末量的增加，喷焊层与基体之间的结合层加厚，喷焊层的硬度和耐磨性显著提高。