Cu/CNTs复合材料的微观组织形貌与性能研究

在原位合成分布均匀的Cu/CNTs复合粉末的基础上,采用烧结温度为650℃,加载压力为35 MPa,保温时间为10 min的放电等离子烧结(SPS)工艺制备了Cu/CNTs复合材料。并对含有不同含量的Cu/CNTs复合粉末的Cu/CNTs复合材料的微观组织和性能进行研究。结果表明,当Cu/CNTs复合材料中的Cu/CNTs复合粉末含量为20%时,CNTs沿晶界均匀分布于铜基体中,形成具有一定结合力的CNTs-Cu界面,复合材料的导电率、硬度值和抗拉强度分别为82.8%IACS、96.4HV、417 MPa,且硬度、抗拉强度达到最大。     

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔钎焊C/C复合材料与TiAl合金

采用(Ti/Ni/Cu)_f多层箔状钎料进行C/C复合材料与TiAl合金的钎焊,实现了良好的界面结合,保证了接头的高温力学性能。研究结果表明:钎焊过程中,首先在Ti/Ni界面处接触反应形成低熔共晶液相,Cu元素的溶解促进了钎料的完全熔化和扩散,接头组织一般为C/C/TiC/Al_2(Cu,Ni)Ti_3C/Ti(Cu,Ni)+Al(Cu,Ni)_2Ti/Al(Cu,Ni)Ti+Ti_3Al/TiAl,Ti(Cu,Ni)基体相和球状弥散分布的Al(Cu,Ni)_2Ti相是钎缝的主要组成部分。当钎焊温度较低或者保温时间较短时,由于钎缝中生成了大量的脆性Ti2Ni相,降低了接头的力学性能;当钎焊温度较高或保温时间较长时,C/C复合材料母材界面处开裂,且TiC层从母材脱落,也削弱了接头的抗剪强度。当钎焊温度为980℃,保温时间为10 min时,C/C复合材料与TiAl合金的接头室温抗剪强度达到最大值18 MPa,600℃时接头的高温抗剪强度达到22 MPa。     

挤压铸造法对(Al63Cu25Fe12) p/ZL101复合材料性能的影响

研究了挤压压力和浇注温度对(Al63Cu25Fe12)p/ZL101复合材料性能的影响.结果表明:当挤压压力为50-100 MPa时,复合材料的抗拉强度、伸长率和硬度会随着压力的增加而增大,然而当挤压压力为100-150MPa时,随着压力的升高,其综合力学性能会随之下降.此外,复合材料的力学性能会随着浇注温度的升高而提高,但温度不能超过760℃.当挤压压力为100MPa,浇注温度为720℃时,复合材料的综合力学性能最优.最后,选择合适的热处理工艺来进一步提高复合材料的力学性能.     

制动盘热机开裂机理的模拟研究

综合考虑灰铸铁物理属性随温度变化规律、拉/压各向力学性能差异和弹塑性应变应力关系,采用有限元计算方法,研究灰铸铁制动盘在不同制动工况下的温度场、应力场、应变场以及热机裂纹强度,揭示制动盘热机开裂原因及裂纹分布规律。热机耦合计算结果表明制动盘在初始制动速度为180 km/h下,最大温度为360℃、径向压/拉应力275MPa/85 MPa、周向压/拉应力为374 MPa/100 MPa、径/周向塑性应变为-4.6×10~(-5)/-6.75×10~(-5)。热机开裂计算结果表明径向裂纹尖端应力强度因子ΔK为6.69MPa·m~(1/2)大于周向裂纹尖端应力强度因子5.49 MPa·m~(1/2),径向裂纹张开距离大于周向裂纹张开距离,证明制动盘表面裂纹分布以径向裂纹为主且径向裂纹尺寸大于周向裂纹。     

SiCf/SiC复合材料与镍基高温合金钎焊接头的组织及性能

针对新型耐高温复合材料(SiCf/SiC)的加工性差的问题,采用AuCuTi/Mo/AuCuTi复合钎料对其与镍基高温合金进行钎焊研究.通过探究不同温度下的接头力学性能及组织演变规律,对界面反应和应力缓释机理进行分析.在1 050℃C/10 min的工艺参数下,接头室温剪切强度最高达到79 MPa.接头典型的界面结构为GH536/(Ni,Cr,Mo,Fe)+TiNi3+Ti2Ni+AuCuI/TiNi3+Ti2Ni+TiNi+AuCuI/σ/Mo/Mo4.8Si3C0.6/Ti5Si3Cx/Ti5Si3Cx+TiC+AuCuI/Ti3SiC2/SiCf/SiC.当温度较低时,界面反应程度较低,因此陶瓷/钎料异质界面难以形成连续的Ti5Si3Cx+TiC连接层;而当钎焊温度增加到1 050℃C时,异质界面处开始形成厚度约为3 μm的Ti3SiC2,从而实现有效地连接.当温度继续升高到1 100℃时,Cr元素在Mo箔中的扩散程度增加,并在陶瓷/钎料异质界面处发生富集.而此时过厚的界面反应层(10 μm)则是引起接头剪切降低的主要原因.使用该钎焊体系有助于阻碍母材之间的剧烈反应以及缓解接头的热应力,在一定程度上改善了 SiCf/SiC在实际应用中的加工困难问题.     

铝合金LD10固-液相小变形精密扩散焊研究

为实现铝合金LD10焊接变形率小于0.8%的精密扩散焊,分别在480℃、505℃固相条件下施加60 m in、4.5 MPa恒定轴向压应力,535℃固-液相条件下施加60 m in、4.5 MPa恒定轴向压应力与60 m in、6 MPa~0线性递减轴向压应力。焊后用扫描电镜(SEM)观察了试件基体的组织形貌、接头焊合率;用X射线衍射分析仪(XRD)分析了焊接前、后试件的相组成;测量了焊后接头的抗拉强度。结果表明,535℃的固-液相线性递减轴向压应力扩散焊与480℃、505℃的固相恒定轴向压应力扩散焊相比,在保证了小变形率0.71%的同时,显著提高了接头焊合率和机械强度(σb=218 MPa)。同时焊前的轴向织构转变为焊后粗大等轴晶形式,强化相CuA l2以晶界和三晶夹角的沉积形式取代焊前的轴向条纹聚集形式。与535℃固-液相恒压扩散焊相比,可有效地避免失稳变形与热裂纹。     

残余应力对混合组装BGA热循环可靠性影响

研究混装球栅阵列(Ball grid array,BGA)回流焊后产生的残余应力对热循环寿命产生影响。根据Sn63Pb37/Sn3.0Ag0.5Cu均匀混装BGA封装实体,建立有铅和混装BGA封装体ANSYS有限元模型。通过加载不同峰值温度(220~265℃)和不同降温速度(1~6℃/s)的回流温度曲线后,得到BGA封装体焊点残余应力、应变。随后选取峰值温度243℃、降温速度3℃/s条件下的回流焊后BGA封装体模型施加热循环载荷,根据修正Coffin-Manson方程预测焊点寿命。研究结果表明:回流焊中降温速度对焊后应力占主导因素,应力降温速度的增加逐渐由27.9 MPa增加到32.5 MPa,而峰值温度对焊后应变影响明显;热循环分析中BGA焊球左上角区域始终处于高应力应变状态,均匀混装BGA寿命稍低于SnPb焊点BGA;回流焊工艺后进行热循环加载结果表明残余应力对Sn63Pb37/Sn3.0Ag0.5C均匀混装BGA寿命影响不大。     

中间层对Al_2O_3陶瓷/45钢电极扩散焊接残余应力的影响

用有限元方法计算了Al_2O_3陶瓷与45钢扩散焊接残余应力的分布,研究温度为1130℃,压力为10 MPa,冷却速度为10℃/min,模拟不同的中间层Cu、Ti、Ni分别对残余应力的分布,以及这3种材料自由组合成的不同复合中间层对残余应力的分布规律。结果表明:采用单层中间层时,中间层为Cu对于残余应力的减小效果更加明显;复合中间层为Ti-Cu对于残余应力的减小效果要明显优于单层中间层;对于Ti-Cu组合的复合中间层,钛与铜的厚度配制不同对于应力的改变也各不相同,当钛的厚度为0.4 mm、铜的厚度为0.6 mm时,残余应力的减小效果较好。     

Zr55Al10Cu30Ni5非晶合金压痕塑性变形有限元模拟

采用DEFORM 3D软件对Zr55Al10Cu30Ni5非晶合金的(Vickers)压痕塑性变形进行数值模拟,得到压痕的尖端区域(压头尖端正下方区域)、棱区域(压头棱下方区域)、面区域(压头相邻棱之间面的下方区域)等不同区域的等效应力、应变分布.模拟结果表明,尖端区域的等效应力、等效应变要比棱区域大,而这两个区域的应力、应变比面区域大.对压痕正下方大约30 μm×30 μm范围内尖端区域、棱区域和面区域某些点进行等效应力、应变追踪,分析等效应力、应变的变化规律,发现在棱区域和面区域虽然是等距离取点但是面区域应力、应变降低的幅度要大于棱区域.这些模拟结果有助于理解Vickers压痕不同塑性变形区域存在不同晶化行为的试验事实,以认识非晶合金机械稳定性的本质.     

Ti-Al/TiC+Al2O3复合材料的制备与性能

用机械合金化和热压烧结制备了Ti-Al/TiC+Al2O3复合材料.研究了不同烧结温度(1550、1650℃)和热处理温度(700、900℃)对烧结体的力学性能和显微组织的影响.结果表明:烧结体具有良好的力学性能,硬度达到92 HRA,抗弯强度可大于600MPa,而断裂韧度最高可达8.021 MPa·m1/2.     

Ti-Al/TiC+Al2O3复合材料的制备与性能

用机械合金化和热压烧结制备了Ti-Al/TiC+Al2O3复合材料.研究了不同烧结温度(1550、1650℃)和热处理温度(700、900℃)对烧结体的力学性能和显微组织的影响.结果表明烧结体具有良好的力学性能,硬度达到92 HRA,抗弯强度可大于600MPa,而断裂韧度最高可达8.021 MPa·m1/2.     

连接温度对CaO-Al2O3-MgO-SiO2-TiO2玻璃钎料连接SiC陶瓷接头微观结构和性能的影响

采用新型玻璃钎料CaO-Al₂O₃-MgO-SiO₂-TiO₂(CAMST)连接无压烧结SiC陶瓷,研究了连接温度(1 300～1 450℃)对SiC陶瓷接头微观结构和力学性能的影响。结果表明：CAMST玻璃钎料在1 350～1 450℃下可实现SiC陶瓷的有效连接。当连接温度为1 350℃时,焊缝厚度约为36μm,母材与焊缝界面存在较多孔洞,接头剪切强度为(21.4±2.7) MPa;当连接温度为1 400℃时,焊缝厚度为3μm,母材与焊缝结合良好,接头剪切强度为(47.6±6.2) MPa;当连接温度升高至1 450℃时,焊缝厚度约为50μm,母材与焊缝结合良好,但焊缝中存在裂纹缺陷,接头剪切强度为(20.9±3.9) MPa。连接温度对焊缝硬度无明显影响。     

镍基高温合金 GH4169电解加工残余应力研究

针对镍基高温合金GH4169材料开展电解加工试验,确定试件在不同电流密度下的材料溶解速度;开展不同深度下的电解加工试验,每溶解10 μm左右的深度,测量残余应力,确定GH4169磨削件的残余应力层深度约为50 μm.为了避免磨削应力层对结果的影响,确定电解加工深度约为180 μm,开展不同电流密度的电解加工试验.检测分析表明,不同电流密度下的试件表面残余应力σx从-405 MPa～-778 MPa下降到-65 MPa～103 MPa.     

直接敷铜工艺制备Cu/AlN材料的界面结构及结合性能

通过直接敷铜(DBC)工艺,在AlN陶瓷基板表面于1 000~1 060℃的敷接温度下制备Cu/AlN材料,利用机械剥离机、场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了Cu/AlN的界面结合强度、界面微观形貌和物相组成。结果表明:铜箔和AlN陶瓷基板间的结合强度超过了8.00N·mm~(-1),铜箔和AlN陶瓷之间存在厚度约为2μm的过渡层,过渡层中主要含有Al_2O_3、CuAlO_2和Cu_2O化合物;随着敷接温度升高,Cu/AlN的界面结合强度逐渐增大。     

铜层厚度及退火温度对ZnS/Cu/ZnS复合薄膜显微结构与性能的影响

采用磁控溅射技术制备了不同铜层厚度的ZnS/Cu/ZnS复合薄膜,并在不同温度(100~300℃)下对其进行退火处理,研究了铜层厚度和退火温度对复合薄膜物相、表面形貌、透光率和表面电阻等的影响。结果表明:随着铜层厚度增加,复合薄膜的表面粗糙度逐渐减小后趋于平缓,方块电阻逐渐下降;当铜层厚度为16nm时,复合薄膜的最高透光率最大为87%,方块电阻为62.5Ω;随着退火温度升高,复合薄膜中ZnS层结晶性增强,表面出现颗粒团簇;在100℃退火后,铜层厚度为16nm的复合薄膜的最高透光率为89%,方块电阻为46.3Ω。     

Sn-3.0Ag-0.5Cu/ENEPIG焊点界面反应及剪切性能的尺寸效应

将直径分别为200,300,400μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球在化学镍/钯/金(ENEPIG)焊盘上进行多次(1,3,5,7次)钎焊回流形成Sn-3.0 Ag-0.5 Cu/ENEPIG焊点,并对回流3次的焊点进行不同温度(75,100,125℃)的时效处理,研究了焊球尺寸对钎焊回流及时效处理后焊点界面组织及剪切强度的影响.结果表明:钎焊回流和时效处理后,焊点界面金属间化合物层的厚度及焊点的剪切强度均随焊球直径的增大而降低,二者表现出明显的尺寸效应;在焊球尺寸相同的条件下,回流次数的增加和时效温度的升高均会导致界面金属间化合物层厚度的增加,以及焊点剪切强度的降低.     

焊接结构机床件应力与精度控制技术研究

调研测试了国内外焊接机床结构件的残余应力,试制了某立式加工中心用焊接床身、立柱和滑鞍并跟踪测试其焊接后与组合时效处理后的应力与变形.结果 表明:焊接机床结构件普遍存在较大的残余应力、大多在100 MPa以上;所试制焊接床身、立柱、床身和滑鞍的焊接后初始残余应力最大分别达到154.9 MPa、274.4 MPa和300.6 MPa,接近或超过材料屈服强度,容易引起较大的变形.此外,立柱导轨、床身和滑鞍最大变形量也分别达到1.22 mm、2.24 mm、2.88 mm;经过"焊接后-热时效-半精加工-振动时效-精加工"的组合时效处理后,床身、滑鞍和立柱的应力与变形均显著降低,最大残余应力分别降低至18.1 MPa、39.8 MPa和41.9 MPa,均低于10％Rm,最大直线度分别为19.17 μm、23.57μm和36.69 μm;时隔约6个月之后,导轨面的变形量控制在1μm/1000 mm～3μm/1000 mm,具有良好的精度保持性,焊接结构件可以用于精度要求高的数控金切机床和齿轮箱等的加工场所.     

自支撑Cu/Zr纳米多层膜的制备研究

自支撑纳米多层膜可用作轻型反射镜面材料,自支撑薄膜的制备技术是目前应用中存在的主要问题之一。利用磁控溅射方法在抛光石英玻璃基片上复制了直径70mm厚约100μm自支撑Cu/Zr纳米多层膜,使用显微硬度计、表面轮廓仪分析了自支撑薄膜的力学性能和表面粗糙度。研究结果表明:自支撑Cu/Zr纳米多层膜面密度0.5kg/m2,显微硬度5.7GPa,屈服强度1562MPa,复制面表面粗糙度1.33~1.93nm。复制的自支撑薄膜具有优异的力学及表面性能。     

TiN/Cu电火花加工用电极温度场仿真分析

建立电火花加工温度场物理模型和数学模型,并利用MSC.Marc有限元软件对TiN/Cu电极电火花加工(EDM)温度场进行仿真,以探索TiN/Cu电极热损耗规律。仿真结果表明:在相同电参数下,TiN/Cu电极表面温度比内部温度高;在电压25V、电流6A和脉宽10μs条件下,获得最小深径比为0.264 3。     

机械合金化制备Mo/Cu合金结构材料研究

用机械合金化的方法制备了一种Mo/Cu复合材料,研完了其机械性能的影响因素.结果表明:Cu含量达到15%以后球磨的固溶效果将不明显.烧结温度在达到1 200℃时致密度达到最高,而此温度下Cu含量超过10%过饱和固溶体为不稳定态,会导致部分Cu元素游离出来.铜含量越高致密度也越高,但会使材料的机械性能下降.