退火工艺对Zn/AZ31/Zn复合板材界面微观结构及力学性能的影响

采用热轧工艺制备Zn/AZ31/Zn复合板材,研究退火温度与时间对板材界面微观组织及力学性能的影响。结果表明:退火温度对界面扩散层的形成影响较大,低温退火无法形成良好的界面扩散层,而在200℃退火,可获得由Mg_4Zn_7和MgZn_2相组成的良好的冶金结合界面。较高的温度(300℃)导致界面脆性Mg_2Zn_(11)相的析出,而引发微裂纹。在同一温度下,退火时间的延长仅影响扩散层的厚度,对其相组成没有影响。退火处理使板材的强度降低,但是塑性有所提高,在200℃热处理1 h获得的复合板材综合力学性能较好。     

多道次热辊轧制Al/Mg层状复合板材结合面特性

为研究热辊轧制对层状复合材料组织性能的影响,本文采用多道次热辊轧制工艺制备了Al/AZ31B/Al多层复合板材,通过OM、XRD、SEM及设计模具测试,分析了不同压下率、退火温度对复合板材界面微观形貌和结合性能的影响规律。结果表明：热辊轧制兼具变形和促进扩散层的形成双重作用,大压下率复合板材结合界面形成不连续的扩散层。随着压下率增加,结合面由平直逐渐呈显著的“波浪”型,相近的剪切坡度成对出现且角度相近,过大压下率导致异质材料变形过程难以协调,镁层厚度方向减薄明显的部分区域出现裂纹。退火后Al/Mg结合界面形成了更有效的冶金结合,随着退火温度的升高,扩散层厚度不断增加且有分层现象,金属间化合物为Al₃Mg₂(β相)和Mg₁₇Al₁₂(γ相)。剥离形貌为准解理断裂,退火温度过高时,板条状的金属间化合物变得更加粗大,两金属板材会从金属间化合物层开裂。在压下率为60%～70%,退火温度为200～250℃时有利于热辊轧制复合板材的结合强度提升。     

电场作用下AZ31B/Cu扩散界面的结构及性能

采用电场激活扩散连接技术(FADB)实现了AZ31B/Cu的扩散连接.利用SEM、EDS和TEM分析了扩散溶解层的显微组织、相组成和界面元素分布.采用万能试验机对连接界面的抗剪切性能进行了测试.结果表明:AZ31B与Cu通过固相扩散形成了良好的冶金结合界面,扩散温度低于475℃时扩散溶解层由MgCu2、Mg2Cu和MgCuAl组成,此时接头的薄弱环节为Mg2Cu.扩散温度为500℃时扩散溶解层由Mg2Cu、(α-Mg+ Mg2Cu)共晶组织和MgCuAl组成,共晶组织的形成导致接头的抗剪强度进一步降低,并成为新的薄弱环节.当扩散温度为450℃,保温时间为30min时,界面的抗剪强度随保温时间的延长先增大后减小,最大可达40.23MPa.     

退火工艺对Al/Mg/Al复合板界面结合与阻尼性能的影响

研究了Al/Mg/Al三明治结构复合板的退火热处理工艺,探讨了退火温度、时间对复合界面和阻尼性能的影响。结果表明:退火使得Mg层中的孪晶及变形组织消失,晶粒明显长大,且可以促进Al-Mg界面原子的相互扩散。随着退火温度的升高,界面效应对复合板的阻尼性能影响由不利转变为有利,在250℃下随着退火时间的延长,复合板的阻尼性能有一定的提高。综合复合板的组织与性能要求,得到Al/Mg/Al复合板的最佳退火工艺为250℃×2h,在应变振幅为5×10~(-4)下复合板的阻尼值Q~(-1)达0.045。     

Cu/Zn扩散偶的实验研究

用铆钉法将块体铜和块体锌制成Cu／Zn扩散偶，经真空炉扩散处理后，在扩散偶Cu／Zn界面处形成一个既不同于铜也不同于锌的扩散层。实验表明，除扩散温度和时间对扩散层有影响外，扩散偶的几何尺寸对扩散层的形成也有影响。扩散偶中锌销子的直径越小，形成扩散溶解层的速度越快，扩散厚度越大。     

中温轧制制备镁/铝/钽多层复合材料的界面扩散与力学性能研究

目的 实现镁铝钽异种金属复合板材的制备并优化复合板材的力学性能,以获得强轻质–高抗辐射屏蔽性能的复合金属材料。方法 通过中温轧制工艺,先进行首道次大压下量轧制、随后不断提升轧制道次的方法开展Mg–Al–Ta板材轧制复合研究,分析不同轧制道次下Mg–Al–Ta的界面扩散行为。结果 通过引入Al过渡层,成功实现Mg–Al–Ta轧制复合,不同轧制道次下制备出的Mg–Al–Ta层状复合材料表面较为平整,界面处结合良好;Mg–Al和Al–Ta界面的扩散宽度均随着轧制道次的增加而增大,在1道次到5道次的轧制中,Al–Ta界面的扩散宽度由1.2 μm增大到5.18 μm,Mg–Al界面的扩散宽度由2.38 μm增大到4.25 μm,随着轧制道次的增加,界面层硬度逐渐增大;Mg–Al–Ta层状复合板材的抗拉强度随轧制道次的增加而增大,2道次和5道次轧制板材的抗拉强度分别达到293、365 MPa;轧制道次对板材的塑性影响较小,不同轧制道次的复合板材伸长率均不足1%。结论 研究结果表明,Al是互不相溶金属Mg和Ta冶金结合的有效媒介;中温轧制的热力耦合作用是实现Mg–Al–Ta板材协同变形和界面扩散的主要机制。     

均匀化退火等温冷却对Mg-10Al-1Zn镁合金组织性能的影响

对Mg-10Al-1Zn镁合金进行均匀化退火等温冷却处理,探讨等温温度和时间对β-Mg17Al12相析出形貌和合金力学性能的影响。研究结果表明:在420℃保温24h再经200~300℃保温1~6h后,β-Mg17Al12相均以层片状形态均匀析出。β-Mg17Al12相析出量随时间延长而增加,平均层片间距随等温温度升高而增大。合金在420℃保温24h再经250℃保温2h后,布氏硬度达到最高值80.1HB。     

Zn/Mg比及时效温度对Al-Zn-Mg-Cu系合金析出行为的影响

采用热力学模拟软件中的铝合金模块研究了Al-Zn-Mg-Cu系合金中不同Zn/Mg比及时效温度对析出相GP区及η'相的析出规律的影响。结果表明,GP区含量随Zn/Mg比的增加而降低,低温时效能够促进GP区的形成;而η'相含量随Zn/Mg比的增加略微降低,时效温度对η'相含量影响不大;与120℃相比,合金在160℃时效时η'相含量达到6.5%的时间缩短16 h;在相同温度下时效时,随Zn/Mg比的增加,η'相含量达到6.5%的时间先缓慢增加,当Zn/Mg比大于2.91时则快速增加。合金的淬火敏感性随Zn/Mg比的增加有所降低;随Zn/Mg比从2.46提高到3.20,GP区和η'相的鼻尖温度分别从150℃和330℃降低到140℃和320℃;临界冷却速率随Zn/Mg比的增加而逐渐降低。     

Ni-Cu泡沫/Sn-9Zn复合焊料超声钎焊蓝宝石/Al合金接头的组织及性能研究

为实现蓝宝石玻璃和Al合金的低温钎焊连接,采用Ni-10wt%Cu合金泡沫强化Sn-9wt%Zn复合焊料(NiCu-Sn9Zn)超声钎焊蓝宝石/Al合金异质母材,重点研究了钎焊温度及超声振动时间对接头冶金反应行为及力学性能的影响。结果表明,蓝宝石/NiCu-Sn9Zn/Al接头的钎缝层由Sn基体、棒状η-Zn相、α-Al颗粒、合金骨架及其表面的Al₃Ni金属间化合物(Intermetallic compounds, IMC)层组成,合金骨架、α-Al颗粒和棒状η-Zn相在Sn-Zn共晶基体中任意排布。随钎焊温度的升高及超声振动时间的延长,接头内冶金反应相逐渐增加,钎缝组织更加均匀致密,α-Al颗粒数量显著增多,弥散强化作用显著。剪切测试结果表明,随温度的升高及钎焊时间的延长,蓝宝石/Al接头剪切强度逐渐提高,300℃超声钎焊90 s所得接头剪切强度最高,可达61.49 MPa。     

Zn/Fe及Zn/Fe-Mn固态扩散偶中金属间化合物的生长

采用Zn/Fe及Zn/Fe-Mn固固扩散偶方法,研究了锰对金属间化合物生长动力学的影响。对扩散偶在385℃扩散10～300min的研究结果表明,在Zn/Fe扩散偶中,扩散层以δ相为主,ζ相和δ相之间具有平直的界面,随扩散时间的延长,δ相的厚度增加,ζ相逐渐被消耗,厚度比dζ/dδ的值逐渐减小;在Zn/Fe-Mn扩散偶中,扩散层也以δ相为主,ζ相和δ相之间的界面更平直,铁基体中的锰在扩散初期促进δ相的生长,但在扩散后期促进ζ相生长。对Zn/Fe-Mn扩散偶中金属间化合物的生长动力学研究表明,0.4%(质量分数,下同)的锰使扩散层总厚度增加,当锰含量增加到1.2%以上时,扩散层总厚度反而开始下降。Zn/Fe、Zn/Fe-0.4%Mn、Zn/Fe-1.2%Mn及Zn/Fe-2.0%Mn四个扩散偶中总扩散层的生长均由扩散控制。     

Zn层添加AZ31/7075合金复合成形工艺及组织与性能研究EI北大核心CSCD

通过在异种材料界面添加厚度为100μm的Zn箔,采用预挤压与孔型轧制复合工艺成功制备出AZ31/7075复合材料,并利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)对复合界面进行表征及显微硬度测试,探究Zn过渡层在挤压复合孔型轧制过程中对产品的影响。结果表明:7075硬质铝合金芯部可细化AZ31镁合金,引入Zn过渡层可减少或者避免镁铝系金属间化合物生成;挤压及变形温升使Mg-Zn互扩散形成的低熔点共晶相熔化,同时加速元素自固相向液相扩散;然而降温冷却使Mg-Zn扩散层易出现不连续裂缝,但后续孔型轧制可显著改善;Mg-Zn扩散层经变形生成的MgZn_(2)金属间化合物具备较高的显微硬度(161HV),但Mg-Zn扩散层变形后厚度则较薄,结合层整体硬度变化不明显。     

TA2/3A21/AZ31B复合板界面表征及力学性能研究

通过爆炸焊接法制备TA2/3A21/AZ31B三层复合板,利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和万能试验机对复合材料的界面、金相组织和力学性能进行测试与分析。实验结果表明:通过一次爆炸焊接制备的TA2/3A21/AZ31B复合材料,其抗拉强度约为303 MPa,屈服强度约为233 MPa,断后伸长率约为9.7%;在钛/铝界面与铝/镁界面均形成爆炸焊接特有的波状结构,界面处分别形成了厚度约5 μm的Ti-Al扩散层和30 μm的Al-Mg扩散层,其剪切强度分别为132.6 MPa和116.3 MPa。与TA2/AZ31B复合材料相比较,该复合材料的力学性能有较大提升。      

搅拌摩擦焊辅助Al/Zn/Mg接头扩散连接

对2mm厚的AZ31B镁合金和6061铝合金平板进行添加夹层Zn的搅拌摩擦诱导扩散连接实验。通过SEM,EPMA,XRD,拉伸实验和维氏硬度测试研究Al/Zn/Mg搭接接头显微组织和力学性能。结果表明:当旋转速率合适时,扩散层存在Al富集区,Al5Mg11Zn4层及Mg-Zn共晶区;而旋转速率较低时,扩散层存在残留的Zn层;旋转速率过大时,扩散层出现Al-Mg系金属间化合物。由于扩散层主要为金属间化合物,其显微硬度明显高于母材。Zn箔的加入提高了Al/Mg搭接接头的力学性能。断口观察分析表明,接头失效发生在靠近Al侧的扩散层上。     

累积叠轧焊温度对AZ31镁合金板材组织与性能的影响

目的研究叠轧温度对AZ31镁合金板材组织与性能的影响。方法在450℃和550℃下,对AZ31镁合金板材进行2道次叠轧,研究不同温度下板材界面裂纹的金相组织、RD-ND面晶体取向、力学性能以及断面形貌的异同。结果 450℃累积叠轧制备的ARB2镁合金板材室温断裂伸长率为2.3%,550℃累积叠轧制备的ARB2镁合金板材室温断裂伸长率为8%;450℃叠轧板材中动态再结晶晶粒大多数尺寸约为1～3μm左右,550℃叠轧板材中动态再结晶晶粒大多数尺寸约为600 nm～2μm。结论通过提高温度,可改善界面结合性能,促进基面晶粒往非基面取向偏转,提升了叠轧板材的力学性能,使叠轧板材由较低温度下的脆性断裂向韧性断裂转变。     

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.     

Al和Zn周期性层片状组织的形成

为探讨A l粉和Zn粉形成周期性层片状组织的机理,采用粉末烧结方法,在不同粉末配比、烧结温度、保温时间、压制方式和冷却方式条件下,利用光学显微镜、扫描电子显微镜和X射线衍射技术,研究了A l-Zn周期性层片状组织的微观形貌和相组成.研究发现,在A l粉和Zn粉固相成型和烧结过程中,提高烧结温度、延长保温时间以及增加粉末颗粒接触界面都可以促进A l/Zn周期性层片状组织的形成;压制和冷却方式不影响A l/Zn周期性层片状组织的形成.A l粉和Zn粉通过固相反应扩散直接形成周期性层片状组织.     

退火工艺对铜包钢线界面扩散和结合强度的影响

采用双铜带压接法制备铜包钢线,研究了铜包钢线的退火热处理工艺,探讨了退火温度和时间对铜-钢复合界面扩散和结合强度的影响。结果表明,随着铜包钢线退火温度的升高和时间的延长,扩散层厚度增加,界面结合强度提高。与保温时间相比,退火温度对其影响较大。退火温度为750℃,保温2h后界面结合效果最佳,继续升高温度和延长时间,界面扩散层厚度和结合强度几乎不变。利用扩散方程计算Fe和Cu原子的扩散激活能和扩散常数,确定了扩散常数与退火温度的关系。综合考虑铜包钢线扩散层厚度与结合强度的关系及生产实际要求,得到铜包钢线的最佳退火工艺为750℃保温2h。     

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。     

Ti/Cu扩散溶解层的组织结构和形成规律

采用镶嵌式扩散偶,在不同退火处理条件下,对Ti/Cu扩散溶解层进行了研究.利用扫描电子显微镜和电子探针显微分析仪观察和分析了扩散溶解层的组织结构和形成规律.结果表明,随着加热温度的升高和保温时间的延长,在Ti/Cu界面处会形成相界面依附于扩散偶组元Cu丝、形态各不相同、层数以及总层与单层厚度逐渐增加的"环状"扩散溶解层;当进行700℃、100小时真空退火热处理时,扩散溶解层厚度为93μm;其中一层呈"锯齿状"朝向Cu,分别有两层处于同一个层区域内,并以"竹笋状"方式互相交错重叠;结构为Cu/Cu4Ti/Cu2Ti/Cu3Ti2/Cu4Ti3/CuTi/CuTi2/Ti,而且其结构与Cu-Ti相图上各个相的左右排列顺序一致.不同的扩散温度和时间,Ti/Cu相界面处将几乎同时结晶出不同层数、厚度和结构的扩散溶解层.     

添加Ni箔中间层的Mg-Al扩散焊接接头界面结构和力学性能

采用扩散焊接工艺,通过添加Ni箔中间层对镁铝异种金属进行焊接。利用无损检测、电子探针、扫描电镜、万能材料试验机研究了Mg/Ni/Al焊接接头界面的组织结构和力学性能。结果表明:Ni箔中间层可以有效阻止界面处Mg,Al元素的相互扩散,接头界面处没有生成Mg-Al金属间化合物。在焊接温度440℃,保温时间90min时,接头抗剪强度达到最大值20.5MPa。Mg/Ni/Al接头由Al,Ni和Mg,Ni的相互扩散形成,接头界面形成Al-Ni过渡区和Mg-Ni过渡区,界面主要物相分别为Al3Ni2,Al3Ni和Mg2Ni,过渡区厚度随焊接温度升高而增加。