加压条件下固-液复合法制备Cu/Al复合材料

在加压条件下采用固-液复合法制备了Cu/Al复合材料,并对复合材料界面层的硬度、抗拉强度及微观组织进行了研究。结果表明,在加压条件下固-液复合法可以制备出抗拉强度达38.24 MPa且Cu/Al复合界面结合良好的复合材料;界面层硬度显著高于两侧基体硬度;界面层靠近铜侧区域容易出现断裂现象,生成的脆性相CuAl2是造成复合材料断裂的主要原因之一。     

铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理

采用固-液复合法制备了铜／铝双金属复合材料,并对铜,铝复合界面的组织结构和结合性能进行了研究。在分析工艺参数对铜／铝复合界面影响规律的基础上,对复合工艺进行了优化。结果表明,在使用混合熔剂对铜板进行预处理的情况下,当铜板预热温度为400℃、铝液浇注温度为700℃时,可以获得铜／铝界面过渡层厚度为45μm、界面剪切强度达57MPa的良好复合界面。进一步研究表明,铜,铝复合界面的结合是通过铜／铝接触面上铜的熔化和向铝中的扩散实现的。     

Conclad连续挤压法制备侧向复合型Cu/Al复合材料

通过Conclad连续挤压法,在挤压温度为500℃下制备出了界面平直度较好,界面层厚度为93μm,界面结合强度高的侧向复合型Cu/Al复合材料。对复合材料界面的力学性能、界面形貌及微观组织进行分析,可知越靠近界面处硬度越高,界面层的抗拉强度为48 MPa,复合界面层存在除铜基体和铝基体以外的金属间化合物,排序从铜基一侧到铝基一侧依次为Cu_9Al_4、CuAl和CuAl_2。而CuAl2是一种脆性相,它的存在容易引起界面结合处出现断裂现象。     

热处理对Cu-Al复合界面显微组织结构与性能的影响北大核心CSCD

采用固-液复合法制备纯铜-纯铝复合材料。利用光学显微镜、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和拉压万能试验机等手段研究结合界面的微观组织、相组成、成分分布、力学性能及断口特征。结果表明,在700℃下,可实现铜铝的固液复合,界面平整,存在一定宽度的过渡层,有元素互扩散现象。在界面生成CuAl_2、CuAl、Cu_9Al_4、CuAl_3、CuAl_4等多种金属间化合物或固溶体。Cu-Al结合界面的宽度随退火温度升高而增加,生成的中间相因相互反应而减少,界面结合强度则逐渐增大。直接复合的结合强度为29.9 MPa,经200℃×2 h和400℃×2 h退火处理后的界面结合强度则分别为59.1 MPa和74.1 MPa。直接复合的断裂方式为偏向韧性的准解理断裂,断口凹凸不平,出现少量撕裂棱,经退火处理后发生典型的脆性断裂,断口出现明显的解理台阶及大量撕裂棱。提出铜/铝复合界面主要包括富铜区,富含金属间化合物的过渡区、富铝凝固区和富铝区4个区域。     

热处理对Cu-Al复合界面显微组织结构与性能的影响

采用固-液复合法制备纯铜-纯铝复合材料。利用光学显微镜、XRD、SEM、EDS、显微硬度计和拉压万能试验机等手段研究结合界面的微观组织、相组成、成分分布、力学性能及断口特征。结果表明,在700℃下,可实现铜铝的固液复合,界面平整,存在一定宽度的过渡层,有元素互扩散现象。在界面生成CuAl_2、CuAl、Cu_9Al_4、CuAl_3、CuAl_4等多种金属间化合物或固溶体。Cu-Al结合界面的宽度随退火温度升高而增加,生成的中间相因相互反应而减少,界面结合强度则逐渐增大。直接复合的结合强度为29.9 MPa,经200℃×2 h和400℃×2 h退火处理后的界面结合强度则分别为59.1 MPa和74.1 MPa。直接复合的断裂方式为偏向韧性的准解理断裂,断口凹凸不平,出现少量撕裂棱,经退火处理后发生典型的脆性断裂,断口出现明显的解理台阶及大量撕裂棱。提出铜/铝复合界面主要包括富铜区,富含金属间化合物的过渡区、富铝凝固区和富铝区4个区域。     

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℃。     

7075-SiC/7075半固态模锻连接的工艺条件优化

基于铝基复合材料优异的物理及力学性能、半固态成形"固液共存"的良好扩散性及流动性而提出了复合材料模锻连接工艺,并利用该工艺成功制备出7075-SiC/7075复合材料。测试结果表明,7075铝合金及Si C/7075复合材料在压力、温度及液相扩散的多重因素作用下,两种材料之间可以实现优异的物理及冶金扩散连接效果,且界面结合强度与压力载荷及连接温度有直接关系。通过交叉分析不同工艺参数条件下的界面性能,证明在615℃、326 MPa的最佳工艺条件下,界面剪切强度达到260 MPa。     

Zn中间层和浇注温度对A356/2024层状复合材料界面组织及性能的影响

利用液-固铸轧技术制备A356/2024层状复合材料,研究了Zn中间层和浇注温度对液-固铸轧A356/2024层状复合材料界面组织的影响,并分析了复合材料的界面剪切强度和硬度分布。结果表明,采用表面镀Zn预处理能够有效地去除2024铝合金基板表面的氧化膜,并形成Zn包覆层,避免了二次氧化的发生。当浇注温度为700℃时,复合界面剪切强度从未镀Zn预处理的100MPa提升到镀Zn预处理的141 MPa,剪切强度提高近40%。当浇注温度为700℃时,由于Zn中间层的存在,使得镀Zn预处理的复合材料相比于未镀Zn预处理的会在2024铝合金基板一侧出现硬度峰;在高温铝液的热作用下,Zn中间层会使得Al基板表面形成更宽的熔融区域并形成更多的硬化相,导致硬度峰值的出现。     

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.     

退火温度对铜铝复合板界面相演化及性能的影响

采用冷轧复合法制备铜铝复合板,研究退火温度对复合界面金属间化合物的演化及性能的影响。利用电子探针(EPMA)观察复合界面结构,结合EDS、XRD分析界面物相成分,通过剥离测试和室温拉伸试验表征复合板的结合性能。结果表明,随着退火温度的升高,复合界面扩散层增厚,依次生成CuAl₂、Cu₉Al₄和CuAl 3种金属间化合物。CuAl₂和CuAl相的生成破坏了界面结合,导致剥离强度显著下降。在300 ℃及以上温度退火时,复合板发生回复和再结晶软化,其整体拉伸性能优异。综合考虑拉伸性能及剥离强度,冷轧复合法制备铜铝复合板的最佳退火温度为300 ℃。     

短碳纤维增强铝基复合材料的挤压浸渗工艺

采用挤压浸渗法制备了短碳纤维增强铝基复合材料 ,研究了浸渗压力、铝液浇注温度、纤维预热温度等对复合材料组织的影响。结果表明 :合适的工艺参数为铝液浇注温度 740～ 80 0℃ ,预制块预热温度 35 0～ 40 0℃ ,浸渗压力 2～ 5MPa;在氩气保护下 ,无须对碳纤维表面进行涂层处理 ,可获得组织均匀的铝基复合材料。加入Al2 O3 颗粒可以改善纤维分布的均匀性     

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。     

扩散连接Al/Cu/0Cr18Ni9Ti复合材料界面生长机理研究

采用真空热压扩散连接法制备出冶金结合的钢铜铝复合材料,采用电解腐蚀法对所制备的复合材料从铜侧进行分层腐蚀,并结合扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)和X射线衍射(XRD)对所腐蚀德连接界面的各个扩散层进行了形貌、成分、相分析.结果表明铜/铝界面,从铜侧到铝侧以次为铝在铜中的固溶体,Cu9Al4和CuAl2;不锈钢/铜界面为铜在不锈钢中的固溶体.研究得到了适用于本实验条件下的铝铜金属间化合物生长方式.     

铅包锡双金属气压充芯连铸复合界面研究

选用低熔点的铅和锡为材料,采用"气压充芯连铸"工艺,制备出外层铅直径为12 mm,内层锡直径为8 mm的铅包锡双金属复合棒坯.设计了铅液浇注温度、连铸速度和充气压力的三因素、三水平的正交试验,对影响双金属连铸坯复合界面的因素进行了原理性研究,得出了最佳的工艺参数组合.结果表明:当铅液浇注温度为375℃,连铸速度为10 mm/min,充气压力为0.03 MPa时,连铸坯复合界面过渡层明显,表面质量良好,包覆层厚度均匀,实现了冶金结合.     

连铸直接成形矩形断面铜包铝复合材料界面及其在轧制中的变化

采用水平连铸直接复合成形工艺,制备断面尺寸为50 mm×30 mm、铜包覆层厚度为3 mm的铜包铝复合棒材,并分别采用拉剪试验、XRD、SEM、EDS和EPMA等对铸棒界面的结合强度、形貌和组成进行表征。结果表明:铜包铝复合铸棒界面层的主要组成为CuAl2和Cu9Al4,在近铜侧由平面状Cu9Al4(Ⅰ区)和CuAl2胞晶(Ⅱ区)两区组成;在近铝侧为α(Al)+CuAl2共晶组织(Ⅲ区)。在铸棒横断面上不同位置的界面层结构相同,但界面总厚度不均匀,上部厚度最大,达到220μm,且CuAl2胞晶组织较发达;侧部厚度最小,约为110μm;下部厚度为150μm。界面层总厚度,特别是Ⅱ区CuAl2胞晶层厚度对界面剪切强度有显著影响,因而横断面上部的界面剪切强度较低,为24.7 MPa;侧部和下部的界面剪切强度接近,分别为35.6和33.4 MPa。XRD和断口分析表明,界面分离发生在界面层的Ⅰ区和Ⅱ区内。在后续轧制加工过程中,界面层发生断裂而破碎,其破碎程度随变形程度的增加而增加;当压下率达到67.7%以上时,形成大量纯铜和纯铝直接接触无明显扩散的结合界面,原界面化合物层破碎为尺寸较小的碎片沿界面不连续分布。     

水平连铸直接复合成形铜包铝复合材料的组织与性能

研究了水平连铸直接复合成形铜包铝棒材的制备工艺和组织性能及退火处理对界面层塑性的影响。结果表明,采用水平连铸直接复合成形法在芯管长度L=210mm、铜铸造温度tCu=1230℃、铝铸造温度tAl=770～850℃、一次冷却水流量Q1=600L/h、二次冷却水流量Q2=600～800L/h、平均拉坯速度v=60～87mm/min的可行工艺窗口下能够制备出直径为30mm、铜包覆层厚度为3mm、质量良好的铜包铝复合棒材。在退火温度为530℃、保温时间为50min的工艺条件下,退火处理后可明显改善界面层的塑性。铜包铝复合棒材的抗拉强度和伸长率分别为80～94MPa和18%～31%。     

连续Cf/Al复合材料板双辊铸轧制备及力学性能研究

本文利用电镀工艺制备了表面镀镍碳纤维,通过双辊铸轧短流程成型工艺成功制备了连续碳纤维增强铝基（Cf/Al）复合材料板,研究了浇注温度对铸轧复合材料板的微观组织、界面特征、断口形貌和力学性能的影响。结果表明,浇注温度为963～983K,轧制速度为2.7m/min,辊缝为2.0mm的条件下可制备出表面平整、无明显表面缺陷的Cf/Al铸轧复合材料板;其中,浇注温度为973K时,碳纤维与铝基体之间界面结合良好;纤维表面金属镍层明显改善了碳纤维与铝基体之间的浸润性,镍镀层还有效抑制了Al4C3脆性相的产生,使Cf/Al复合材料板力学性能大幅提升,其中浇注温度973K铸轧的Cf/Al复合材料板抗拉强度比初始的38.2MPa提高了87.4%。     

退火温度对铸轧成形宽幅层状铜-铝复合板界面组织及力学性能的影响

采用铸轧法获得宽幅层状铜-铝复合板,并研究了不同退火温度对铜-铝复合板界面组织和力学性能影响,探讨了界面金属间化合物作用机理,结果表明:退火温度越高,界面扩散越明显,金属间化合物越多;铜基体界面处率先生成Cu_9Al_4,铝基体界面处率先生成CuAl_2,随着铜、铝元素扩散会有CuAl生成;界面层硬度高于其它位置,由于基体软化和金属间化合物的共同作用;300℃退火铜-铝复合板界面组织和力学能性能最佳,扩散层厚度13.63μm左右,抗拉强度101.9 MPa,伸长率32.0%。     

浇注温度对304不锈钢/纯铝复合材料界面组织及性能的影响

采用热浸镀铝工艺对不锈钢管表面进行镀铝处理，再用固-液复合铸造法制备304不锈钢/纯铝管状复合材料，用SEM观察复合界面的微观形貌，结合EDS与XRD物相检测对复合材料结合界面的物相成分与分布进行分析，并测试其显微硬度、抗拉强度和剪切强度。结果发现，随着浇注温度提高，界面处裂纹消失，结合层厚度逐渐增加。界面处形成金属间化合物，主要以FeAl₃和Fe₂Al₅相为主，Fe和Al的含量在界面附近呈现相反的阶梯梯度分布，且存在一个稳定的台阶。随浇注温度升高，纯铝基体的硬度基本保持稳定，304不锈钢基体的硬度有所降低。抗拉强度和剪切强度都呈现出先上升后下降的趋势，当浇注温度为740℃时抗拉强度和剪切强度均达到最大，分别为512.3 MPa和41.6 MPa。     

退火温度对连铸-轧制成形铜包铝复合扁排组织与性能的影响

研究退火温度对连铸-轧制成形铜包铝复合扁排组织、界面结构与结合强度、力学性能以及电学性能的影响。结果表明:铜包覆层在300℃开始再结晶,400℃时再结晶完成;芯部铝靠近铜包覆层的剧烈变形区在200℃完成再结晶;而在中心部位,粗晶区在250℃时已开始再结晶,400℃时再结晶完成。铜包铝复合扁排的抗拉强度和伸长率在300℃以下退火时变化较小,在300℃以上退火时变化显著。随着退火温度的增加,界面结合强度先增大后减少。在250℃及以下温度退火时,界面处无明显金属间化合物相生成,因此,在此温度范围内,界面结合强度随着退火温度的升高而升高;退火温度在300~400℃时,界面处有金属间化合物相生成,且随温度升高,界面厚度由约1μm增大到约4μm,界面结合强度由54.0 MPa逐渐降低到25.8 MPa。铜包铝复合扁排的电阻率主要受基体金属组织状态的影响,随着退火温度的升高,铜包铝扁排的电阻率逐渐降低;在本实验条件下,当界面处金属间化合物层的厚度不大于4μm时,金属间化合物层对电阻率的影响不明显。