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。     

热压焊接制备的Cu / Al双金属的界面组织和剪切强度

采用扩散焊（DFW）技术制备了Cu/Al双金属,连接温度范围683-803K,连接时间范围20-80min,连接压力15MPa。Cu/Al双金属界面处的SEM试验结果表明,随着焊接温度的升高和保温时间的延长,界面层厚度逐渐增加,在连接温度为803K,连接时间80min,Cu/Al界面处形成了Al4Cu9,Al3Cu4,AlCu、Al2Cu金属间化合物（从铜侧到铝侧）,根据扩散动力学,金属间化合物(IMCS)的生成顺序为Al2Cu、Al4Cu9、AlCu、Al3Cu4。Cu / Al双金属的剪切试验显示为脆性断裂,并且界面强度随着IMC的减少而增加。在723 K的焊接温度下进行20分钟焊接后,Cu / Al双金属的剪切强度最高为63.8 MPa。     

轧制复合电缆用Cu/Al复合材料变形规律研究

采用三步法复合工艺制备了电缆用Cu/Al复合板,分析了冷轧复合过程中Cu/Al复合板变形区的特点,研究了Cu层与Al层厚度比为1∶4时各组元压下率与总压下率的关系.将Cu/Al双金属变形区分为3个区,建立了基于原始坯料层厚比条件下的轧制复合Cu/Al复合板厚度模型.     

浸镀Ni对Al/Cu双金属材料界面显微组织及力学性能的影响(英文)

采用浸镀的方法在纯铝基体上浸镀镍基镀层,然后在450~550℃温度范围内用扩散复合的方法制备Al/Cu双金属材料。用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分别对Al/Cu结合体的界面显微组织以及断裂表面进行表征。用拉伸剪切测试及显微硬度测试对Al/Cu双金属材料的力学性能进行测量。结果表明,Ni中间层可以有效地消除Al—Cu金属间化合物的形成。Al/Ni界面由Al_3Ni和Al_3Ni_2两相组成,而在Ni/Cu界面处则是Ni—Cu固溶体。Ni中间层的加入提高了复层材料的拉伸剪切强度。在500℃制备的添加Ni中间层的试样表现出最大的拉伸剪切值,为34.7 MPa。     

Al/Cu双金属复合材料在液固复合铸造过程中的组织和性能（英文）

采用化学镀法在纯铜基体上镀上镍-磷镀层,并通过液固复合铸造工艺制备Al/Cu双金属材料。研究不同工艺参数(结合温度、预热时间)下Al/Cu接头的显微组织、力学性能和导电性能。结果表明,各种金属间化合物在界面处形成,其厚度和种类随结合温度和预热时间的增加而增加。Ni-P夹层发挥了扩散阻碍层和保护膜的作用,有效地减少了金属间化合物的形成。Al/Cu双金属复合材料的剪切强度和电导率随金属间化合物厚度的增加而减小,特别地,Al_2Cu相的不利影响相比其他金属间化合物更加明显。在780°C预热150 s条件下制备的试样表现出最大的剪切强度和电导率,其值分别为49.8 MPa和5.29×10~5 S/cm。     

双金属固相结合的有限元分析

双金属是由两种不同性能的金属结合而成的，经过恰当组合的两种金属结合以后，可以获得高强度、耐腐蚀以及导电、导热等综合性能，使材料在某些特殊的环境下发挥良好的作用。固相结合法是制造双金属的有效方法。本文基于刚粘塑性有限元理论，在两组元金属相互接触的表面之间引入摩擦单元，对Ｃｕ／Ａｌ双金属挤压固相结合的非稳态过程进行了有限元分析，得到了两组元金属之间的相对滑动量以及成形过程中的载荷－行程曲线，计算结果与试验结果比较接近。同时获得了变形体内的应力、应变分布，揭示了组元金属在成形过程中的流动规律。     

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。     

6063铝合金接触反应钎焊接头组织及晶界渗透行为研究

采用Cu箔及Cu箔-Mg粉-Cu箔作为反应层材料,在特定的工艺参数条件下,对6063铝合金进行了真空接触反应钎焊试验,初步分析探讨了钎缝微观组织结构和晶界渗透现象.研究结果表明,单层Cu箔形成的钎缝组织由α-Al固溶体和CuAl2金属间化合物构成,晶界渗透现象较为严重;使用Cu箔-Mg粉-Cu箔形成的接头组织由Al(Mg,Cu)固溶体、CuAl2二元金属间化合物、复杂三元金属间化合物及Al2MgO4构成,接触反应层中加入Mg粉,晶界渗透出现滞后现象.     

T2紫铜/2A12硬铝双金属复合材料的扩散连接

利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和显微硬度计等,分析了T2紫铜和2A12硬铝真空扩散连接结合区的显微组织、相组成、元素分布和性能。结果表明,温度为675℃,保温60 min时,扩散连接得到的T2/2A12双金属复合材料过渡层界面清晰、焊接缺陷少,过渡层宽度适中,显微硬度趋势良好;在中间过渡层中出现了Cu Al2、Cu Al、Cu3Al2、Cu9Al44种金属间化合物;当扩散温度高于675℃时,形成了δ相、δ+γ2相、γ2相、γ2+α-Cu(Al)相、θ+η2相共5个过渡层,并且过渡层的厚度随连接温度的升高而递增。     

ECAP结合退火工艺制备铜铝双金属复合棒材的界面组织及结合性能

利用室温4道次ECAP挤压结合退火工艺成功制备铜铝双金属复合棒材。采用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）、X射线衍射分析（XRD）和电子背散射衍射（EBSD）等方法研究铜铝双金属复合棒材结合界面微观组织,并通过剪切试验测试其界面结合强度。结果表明,在ECAP剧烈剪切作用下,铜铝双金属复合棒材首先通过塑性变形在界面处产生机械结合,后续退火热处理促进了铜铝原子之间相互扩散,在压力、温度和浓度梯度综合作用下,Cu/Al界面处形成了良好的冶金结合,界面层厚度约为1.47 μm,生成的金属间化合物主要为CuAl2;界面层内晶粒细小、均匀,为大角度晶界结构的超细晶组织,无明显的择优取向。铜铝双金属复合棒材平均剪切强度为28.94 MPa,界面结合质量良好,剪切破坏形式主要为脆性断裂。     

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。     

铝镁双金属复合棒材反向等温挤压微观组织演化机理

针对铝镁双金属复合挤压工艺,探究棒材挤压过程中材料流动特性及微观组织演变规律。通过热模拟压缩试验得到不同温度下纯铝和镁合金的流变曲线,建立纯铝和AZ31镁合金的组织演化热力学模型并进行计算。研究发现双金属挤压过程中铝镁界面处材料流动速度相差较大,铝表层局部应变在进入模具工作带前达到临界值,摩擦热促使晶粒严重长大,产生粗晶:通过EBSD扫描结果可知交界面层从Al至Mg的相组成依次为Al、Al3Mg2、Al12Mg17、Mg,沿速度方向层状分布,与数值计算结果相符。通过与试验对比验证,晶粒尺寸计算的平均误差为17%,计算发现在温度满足热变形的条件下,材料应变对挤压复合材料的晶粒度影响较大,应变的增大促进再结晶致使晶粒尺寸增大。     

Al/Cu复合材料制备工艺及界面组织演变研究现状

Al/Cu复合结构是将纯Al和纯Cu通过特定的机械或冶金方法结合在一起的典型的层状双金属复合材料,具有导电性能优异、质轻、价格低等特性,已成为广泛的研究热点。本文介绍了Al/Cu复合材料金属间化合物的种类及物理性质,阐述了界面扩散反应行为的影响因素。综述了国内外关于Al/Cu复合材料的制备工艺及界面组织性能的研究进展,并对复合界面研究方向和采用增材制造技术制备Al/Cu复合结构的改进方向进行了展望,为Al/Cu复合结构的制备提供关键的理论依据和技术支撑。     

YL12/Cu/0Cr18Ni9Ti异种材料扩散连接接头微观分析

选取纯铜箔作过渡层,采用真空热压扩散工艺,在加热温度480～500 ℃、压力10 MPa、真空度1.0×10-2Pa工艺条件下,制备了变形铝合金LY12和不锈钢0Cr18Ni9Ti双金属复合材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射(XRD)、显微硬度(HV)等测试分析方法对双金属复合材料的两个连接界面及基体进行组织及性能分析.结果表明不锈钢-纯铜界面形成了宽为1.5 μm的互扩散区,但其过渡区无金属间化合物生成;铝/铜界面生成了宽约35 μm的扩散过渡区,过渡区的相组成为金属间化合物Al4Cu9,Al2Cu.     

Cu合金过渡层对激光熔化沉积Ni35/AlSi12双性能材料的影响

由于Ni基合金与Al Si12粉末的冶金反应较为显著,使得激光熔化沉积制备Ni35/Al Si12双性能材料时易生成高脆性Ni Al金属间化合物而具有较高开裂倾向。熔覆Cu合金做为过渡层,制备出无裂纹、冶金质量较好的Ni35/Cu/Al Si12双性能样品,使用SEM、EDS和XRD对Ni35/Cu/Al Si12样品各涂层进行微观组织、物相分析,采用HV1000型显微硬度计对其进行硬度测试,使用ANSYS对Ni35/Cu/Al Si12材料进行稳态热模拟分析。结果表明:Cu合金过渡层可抑制Ni、Al金属间化合物形成,能够在一定程度上降低涂层开裂倾向;熔覆材料截面的硬度分布从底部到表面呈阶梯变化,具有良好的力学性能;Ni35/Cu/Al Si12双性能材料较单一Ni基合金具有更加优异的传热特性。     

NbTi50/Cu复合超导材料中Cu-Ti扩散层的研究

本文通过高温金相、电子探针、阳极氧化、金相观察、X 光相分析和测定显微硬度等手段,研究了 NbTi50/Cu 复合超导体中Cu—Ti 扩散形成的金属化合物层的生成规律、性质及其组成;并研究了扩散层对该材料机械性能的影响,从而为选择该材料的最佳挤压(或热轧)温度提供依据。NbTi50/Cu 复合超过材料在加工过程中因 Cu 与 Ti 的相互扩散,在 NbTi 芯与 Cu的界面处形成脆性的金属化合物层,影响加工性能,导致该材料载流能力降低。我们多年来研制 NbTi50/Cu 复合超导材料的实践,认为脆性的 Cu—Ti 化合物层是造成细丝断芯的主要原因之一。本实验的目的是探讨 Cu—Ti 扩散层的生成规律、性质、组成及对该材料机械性能的影响,为选择最佳挤压(热轧)温度提供依据。为此,我们用高温金相法研究了高温及高温压缩情况下扩散层的生成规律,如不同温度下扩散的方式、变化的情况等;用电子探针测定了扩散层的厚度、描绘了扩散层的扫描曲线、测定了各相的成分;用阳极氧化法观察了扩散层;测定了扩散层的显微硬度及各种热处理制度下该材料的机械性能。据实验观察,我们认为780±3℃是 Nb—Ti—Cu 的三元共晶点。关于共晶点问题有待进一步研究。     

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.     

ECAE法制备铜铝双金属复合棒材数值模拟与试验研究

利用Deform-3D有限元软件对铜铝双金属复合棒材室温4道次B_C路径ECAE变形过程进行模拟，研究了金属流动、挤压载荷、等效应变以及平均应力的分布及变化规律；并在自行设计的模具上进行了试验验证，成功制备出铜铝双金属复合棒材，对变形材料进行了物理网格试验及组织性能测试。结果表明，ECAE工艺下铜铝双金属复合棒材内部存在剧烈剪切变形区，复合坯料由不稳定变形逐渐过渡为均匀协调变形，材料内部处于理想的三向压应力状态，静水压力较高，界面处金属结合紧密。4道次ECAE挤压后，铜铝双金属复合坯料整体变形相对均匀，平均累积等效应变量为4.49。随着挤压道次的增加，载荷峰值不断增加，同时复合坯料内部显微硬度不断升高，但包覆层增幅大于芯部材料。     

锂离子电池封装用Al-Ni层状材料的复合过程及应用特性研究

采用冷轧复合工艺制备了用于锂离子电池封装用的层状Al-Ni双金属复合带材。针对轧制复合工艺和热处理退火工艺对Al-Ni双金属复合带材界面化合物种类、结构及其应用特性进行了研究。结果表明：合适的轧制变形量是实现Al层和Ni层复合的关键因素,在本实验中复合轧制的变形量应控制在50%～60%之间。在后续退火工艺中,Al层和Ni层界面上首先形成的是Al3Ni相,该相有利于Al层和Ni层实现牢固的冶金结合。随着退火时间的延长,随后会形成较脆性的Al3Ni2相,该相以层状形式存在两层金属中间,容易造成Al层和Ni层金属的剥离,因此通过退火工艺控制界面化合物形成的类型和结构十分重要。实验发现,在698K～748K温度范围内退火1小时的轧制复合Al-Ni双金属复合带材,具有好的抗折弯效果,稳定的焊接性能和合适的电阻值,可以作为锂电池封装材料来进行使用。     

Cu过渡层对激光增材制造TC4/IN718双金属结构组织性能的影响

钛合金和镍基合金各具有独特性能,二者的双金属结构在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于2种金属的物理与化学性能差异较大,易在结合区域产生开裂。基于直接激光沉积（DLD）技术,分别制备了无过渡层和Cu过渡层的TC4/IN718双金属结构。测试分析结果表明,无过渡层双金属结构,结合区形成大量Ti-Ni脆性相,导致裂纹敏感性提高,产生开裂;Cu过渡层的双金属结构,在TC4与IN718之间形成Cu过渡区,限制TC4与IN718直接结合,降低裂纹敏感性,无裂纹等冶金缺陷产生,由于冶金反应与元素扩散的发生,在Cu过渡区中形成了少量Ti-Cu与微量Ti-Ni化合物相;化合物相在双金属结构中的产生,使Cu过渡区维氏硬度最高约为5801.6MPa,但远低于无过渡层双金属结构的维氏硬度（最高约为8281 MPa）。