轧制复合钢/铝界面金属间化合物生长动力学研究

研究了冷轧复合特种钢/铝合金复合带材的退火热处理工艺,探讨了退火温度和退火时间对复合界面金属间化合物生长的影响。结果表明,当退火温度达605℃时,金属间化合物开始在界面上生成,随退火温度和退火时间的增加,金属间化合物的厚度增大,且化合物层厚度随时间的变化复合抛物线规律,经线性拟合,得出化合物生长的激活能和化合物生长动力学曲线。     

基于蒙特卡罗方法的铝/钢熔钎焊界面金属间化合物层生长分析

针对铝/钢熔钎焊界面金属间化合物在SEM,EDS,XRD界面测试研究的基础上,确立了界面由Fe₂Al₅、FeAl₃等金属间化合物组成. 在此基础上采用蒙特卡罗方法,建立了铝/钢界面铝、铁扩散及Al-Fe化合物生长模型,并进行了数值分析和对比研究. 结果表明,所建立的模型能够很好地反映钢侧Fe₂Al₅的生长,铝侧FeAl₃离散存在,且金属间化合物层的厚度接近试验测量结果.     

轧制复合铝/不锈钢界面金属间化合物的生长动力学

对轧制复合铝合金/不锈钢双层复合材料进行不同温度和时间的退火,借助Zeiss Ax10金相显微镜、Quanta-200型扫描电镜、EDAX能谱仪和D-max X射线衍射仪对复合界面结合区进行金相组织观察、元素成分线扫描分析、界面化合物EDS分析及XRD物相鉴定,研究复合界面上金属间化合物的生长行为。结果表明:复合界面金属间化合物(IMC)主要为Fe2Al5相,当退火温度达773 K时,Fe2Al5已在界面上生成;随退火时间的延长,Fe2Al5的增厚符合抛物线法则;界面金属间化合物Fe2Al5的生长激活能为162.3 kJ/mol,并获得其生长动力学模型,通过此模型可对化合物层厚度进行初步计算。     

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。     

铜/铝层状复合材料结合机理与界面反应研究进展

对铜/铝层状复合材料的固相结合机理及扩散退火过程中界面金属间化合物的形成和生长规律的研究进展进行论述,并提出该材料今后的发展趋势.     

铝/铜异种金属熔钎焊工艺及界面调控方式的研究现状

铝/铜复合结构件具有质量轻、综合性能优异等优势使其在电气电工、航空航天、新能源汽车等行业具有广泛的应用前景。但由于铝/铜在物理化学性能上的差异,使其在焊接过程中存在界面调控等诸多问题。为解决这些问题,国内外研究者通过工艺调控和冶金调控来抑制金属间化合物的生长,促进Al/Cu之间的冶金结合。文中从铝/铜熔钎焊方法进行了综述介绍,重点总结了焊接接头界面调控的方法,提出了该领域的研究热点及难点,并且探究了未来铝/铜焊接的发展趋势及应用前景。结果表明,从焊接效率、焊接强度来看当属熔钎焊最佳,但是其接头处的金属间化合物影响了其机械性能,通过添加微量元素的冶金调控,可以使其力学性能大幅提升。创新点： (1)通过对国内外激光熔钎焊与电弧熔钎焊的研究现状进行对比分析,得出了各自的优缺点。(2)从工艺调控和冶金调控两方面综述了国内外研究成果,并分析了这两种调控方发所产生的效果。(3)总结并提出了铝铜异种金属连接领域的难点,并对未来工作进行了展望。     

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.     

钛铝金属间化合物低温超塑性

钛铝金属间化合物具有高强度、高抗蠕变性和耐蚀性，在高温环境中应用前景非常广阔，但因延性低使应用受到限制，为了改进钛铝合金的延性，美国科技人员重点研究了钛铝金属间化合物的低温超塑性。所渭低温是指600℃~900℃，它比通常1000℃~1200℃低了所研究的材料通过多次换向等温锻造和大塑性变形得到了亚微米(SMC)组织的TiAl化合物，在1050℃~1000℃锻造，得到了微米晶(MC)组织的化合物。5种不同加工方法生产的钛铝金属间化合物的晶粒尺寸及α2含量见表1所列。表1不同工艺生产的SMC组织化合物，at%工艺晶粒(m)α2，%Ti-50Al铸造，3~5…     

焊后退火Al-Mg界面金属间化合物生长行为

研究了6061Al铝合金和AZ31B镁合金的搅拌摩擦搭接焊(FSLW)接头微观组织及焊后热处理过程中接头界面金属间化合物(IMC)生长行为. 结果表明,在接头界面处,金属间化合物层由连续的β-Al3Mg2(靠近铝侧)相和γ-Al12Mg17(靠近镁侧)相组成. IMC层的厚度随着时间延长或者温度的提高而增加,并且β-Al3Mg2相生长快于γ-Al12Mg17相. 整个IMC层的生长厚度与退火时间的平方根成线性关系,其生长受扩散机制影响. 随着温度从300 ℃增加到400 ℃,IMC层生长的扩散系数从2.88×10-14m2/s增加到3.67×10-13m2/s. 界面IMC层的生长激活能为82.5 kJ/mol.     

钛/不锈钢焊接界面金属间化合物的生成动力学

对TA2/316L焊接接头分别进行350～900 ℃、保温30～120 min的真空热处理,利用SEM、EDX及热力学、动力学等分析手段研究了热处理后界面反应物的生长过程及规律.结果表明,界面反应物呈层状出现,且随着热处理温度的升高,层状反应物由一层变为多层.动力学计算显示,在900℃以下对TA2/316L接头进行热处理,其界面金属间化合物呈线性增长,界面总金属间化合物生长动力学方程可表示为W=1.15×106exp(-50.93 kJ·mol-1/RT)t1/2.     

倒装芯片组装中微米级互连焊点的界面金属间化合物生长及动力学

利用焊点间距为100 μm,高度约为45 μm,成分为Sn-3.0Ag-0.5Cu (wt％) (SAC305)的倒装硅芯片与BT树脂基板组装互连,分别在150、125和100℃条件下时效至650 h.研究时效过程中界面主要金属间化合物的生长,结合经验功率定律及阿伦斯公式计算基板侧Cu焊盘界面IMC生长的动力学参数,对IMC的生长动力学探讨.结果表明,在互连回流后,双侧焊盘界面主要IMC为(Cu,Ni)6Sn5.在时效前100 h,(Cu,Ni)6Sn5生长速率较快;而在随后的时效过程中,随时效时间的增加生长速率逐渐降低.界面主要金属间化合物(Cu,Ni)6Sn5生长动力学研究结果可知:150、125以及100℃条件下时间参数分别为2.61、2.35和2.18,界面(Cu,Ni)6Sn5的生长激活能为67.89 kJ/mol.     

N06200镍基合金与S32168不锈钢界面金属间化合物的生长行为

研究了N06200镍基合金与S32168不锈钢TIG焊接接头经焊后热处理后界面金属间化合物(Intermetallic Compounds,IMCs)的演变过程,并从热力学和动力学的角度分析界面IMCs的生成种类、先后顺序及生长动力学模型.结果表明,随着热处理温度的升高,接头的抗拉强度呈现先升高后降低的趋势;随着保温时间的增加,接头的抗拉强度随之增加.随着热处理温度的升高和保温时间的延长,界面IMCs的厚度增加.镍基合金与不锈钢界面IMCs主要由NiFe相、Ni₂Cr相、FeCr相和Ni₃Fe相组成,形成IMCs的顺序为NiFe→FeCr→Ni₂Cr→Ni₃Fe.界面IMCs的增长符合抛物线规律,经线性回归方法计算得出界面IMCs的生长动力学模型为W=1.725×10^-13·e⁽[-45.98/(RT)]·t^1/2).     

退火温度对异步轧制铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响

研究退火温度对异步轧制法制备的铜/铝复合板界面组织及力学性能的影响,采用SEM观察界面组织形貌,结合EDX、XRD分析界面物相成分,采用显微硬度和室温拉伸实验表征复合板的力学性能。结果表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板界面形变储能较高,退火温度为400℃时界面扩散明显;随着退火温度的升高,复合界面先后生成金属间化合物CuAl2、Cu9Al4、CuAl相,界面撕裂位置位于金属间化合物之间;界面层的显微硬度比基体的高,这是因为受到硬脆性化合物和高温软化的共同影响;退火温度越高,复合板抗拉强度越低,断裂伸长率越大。研究表明,异步轧制法制备的铜/铝复合板最佳退火温度为400℃。     

Cu-Sn界面上金属间化合物生长的抑制

用金相和润湿力测定的方法研究了带不同隔离层的Cu线在热浸Sn和电镀Sn制备电子元件引线时仓储可焊性的变化。实验表明，Ni隔离层与Cu芯线的结合能力和保护能力最强，但只适用350℃以下热浸Sn工艺，Co隔离层则可完满地适用于450℃，Fe隔离层由于热浸Sn往往局部破裂，不能使Cu-Sn得到完全隔离，Fe,Co,Ni隔离层在电镀法覆锡制备引线时均能获得良好的效果。     

钛铝金属间化合物铸造新工艺

美国马利耶塔公司开发了一种熔模铸造钛铝金属间化合物的新工艺，得到的铸件具有非常细的晶粒尺寸．抗拉强度增加了5％。     

铝系金属间化合物的超塑性

从超塑性和金属间化合物的基本概念着手,简述了研究金属间化合物超塑性的重要性,较系统地介绍了铝系金属间化合物中Ni-Al、Ti-Al和Re-Al超塑性的研究状况.     

铝/钢固态焊接合界面金属间化合物生长机制

在保持固态条件下,分别变化加热温度、时间对铝/Q235钢爆炸焊接头进行加热处理.分析了接合界面区反应层形貌等微观特征,探讨了加热温度、加热时间对反应层厚度的影响,研究了接合界面金属间化合物的生长行为.界面反应物是由靠近铝合金侧的反应物为Fe₄Al₁₃和靠近钢侧反应物为Fe₂Al₅构成.金属间化合物层随着加热时间的延长而变厚.结果表明,金属间化合物的生长满足抛物线法则,其生长激活能为33.26 kJ/mol.