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EI北大核心CSCD

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Mg4Zn7和MgZn2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Mg2Zn11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。     

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。     

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.     

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。     

退火工艺对真空蒸镀Zn-Mg镀层耐蚀性的影响

为了研究不同的合金化退火工艺对真空蒸镀Zn-Mg合金镀层耐蚀性的影响,通过酸性盐雾试验、Na_2SO_4全浸泡腐蚀试验及电化学腐蚀试验对镀层的腐蚀特性进行了研究,并采用X射线衍射对腐蚀前后的相组成进行了分析。研究结果表明,真空蒸镀Mg层后,合金化退火工艺为410℃保温30 s时所得镀层的耐蚀性较好,在全浸腐蚀试验中,其耐蚀性约是纯Zn镀层的40倍。另外,合金化退火后在锌镁界面形成的共晶MgZn_2相和Mg_2Zn_(11)相有利于提高镀层的耐蚀性,Zn-Mg合金镀层在盐雾试验后生成的腐蚀产物所含组分的种类与纯Zn镀层的相似,主要由致密的碱式氯化锌[Zn_5(OH)_8Cl_2·H_2O]、碱式碳酸锌[Zn_4CO_3(OH)_6·H_2O]、Zn_5(CO_3)_2(OH)_6和少量的ZnO等构成。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

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。     

不同温度下Ag/Cu复合界面的扩散处理

采用不同退火温度对室温轧制的Ag Cu复合板材进行了扩散处理 ,测定了界面的结合强度及基体硬度 ,观察了微观组织形态。结果指出 ,由于扩散处理可以改变界面结合状态和界面附近组织的局部应变能力 ,因而可以使结合强度发生显著变化。 4 0 0℃退火的扩散处理可使结合强度升高至最高值 ,再继续升高退火温度 ,结合强度下降。若退火温度超过共晶温度 ,则结合强度可再次升高。结合面两侧基体硬度随退火温度升高而下降。当退火温度高于 60 0℃后 ,结合面Ag侧出现细晶区。扩散处理温度升高 ,结合面两侧晶粒均明显增大 ,其中Ag侧晶粒的增大更为明显。     

用MCs~ -SIMS技术研究Ti/Al_2O_3界面的组分分布

将MCs＋－SIMS技术应用扩展到了金属／绝缘体（Ti／Al2O3）界面分析。实验表明，选用MCs＋进行分析时，克服了界面效应，取得了较好的组分分布的分析结果。分析结果表明：随退火温度升高（室温，300，600，850℃），界面逐渐展宽，说明界面两边存在互扩散或发生了反应，且互扩散随退火温度升高而逐渐加强。随着退火温度升高，AlCs＋的信号逐步进入Ti层相应区域中，并形成两层平台，表明Al逐渐扩散到Ti层中，并以两种新的形式（相）存在。另外随着退火温度升高，O逐渐扩散到Ti层中，使得850℃退火样品中O的信号明显提高。     

热退火对银/铬薄膜界面结构的影响

利用卢瑟福背散射分析和X射线衍射技术，研究了热退火对采用气相沉积方法在AlN基体上制备的Cr／Ag薄膜的界面结构的影响，样品的退火温度范围为200～650℃。实验结果表明：当退火温度达到350℃时，Cr／Ag界面开始互扩散；当退火温度超过550℃，大量铬原子通过银层向试样表面扩散。     

耐蚀合金/碳钢热等静压扩散焊接反应层元素互扩散规律研究

利用动力学软件Dictra中的单相扩散模型模拟计算耐蚀合金与碳钢热等静压扩散焊接结合界面附近的元素浓度分布,并根据热力学相图计算建立获得扩散反应层内微观组织与界面元素浓度分布之间的关系.计算结果表明:该模拟方法能够准确描述热等静压扩散焊接过程中的元素浓度分布规律,同时能够预测扩散反应层内的微观组织变化.在此基础上,利用这一模型计算得出温度和时间对扩散焊接过程中元素互扩散规律的影响,结合元素扩散距离与界面结合质量之间的关系,得到耐蚀合金与碳钢可以实现界面良好结合的工艺条件:1050℃/200MPa/2.5～3h,1100℃/200MPa/1h,1150℃/200MPa/0.5h等.     

热处理对冷轧铜铝复合板材界面扩散层结构的影响

用SEM、TEM、微区XRD等手段分析了复合板界面扩散层的形貌和结构,研究了热处理工艺对冷轧铜铝复合板材界面扩散层结构的影响,讨论界面扩散层形成规律。研究表明,冷轧铜铝复合板经过扩散热处理后,在复合界面形成具有扩散性质的界面层,随着热处理时间的延续,界面扩散层由最初的单层逐渐生长为三层,进一步延长热处理时间,界面层的层数不变,厚度略有增加;界面层含有q(Al2Cu)相、h2(AlCu)相和g2(Al4Cu9)相等金属间化合物;界面扩散层结构为:铝侧的Al-Cu固溶体与q(Al2Cu)相复合层、h2(AlCu)相层和铜侧的Cu-Al固溶体与g2(Al4Cu9)相复合层。     

不同温度下Ag／Cu复合界面的扩散处理

采用不同退火温度对室温轧制的Ag/Cu复合板材进行了扩散处理,测定了界面的结合强度及其体硬度,观察了微观组织形态,结果指出,由于扩散处理可以改变界面结合状态和界面附近组织的局部应变能力,因而可以使结合强度发生显著变化,400℃退火的扩散处理可使结合强度升高于最高值,再继续升高退火温度升高而下降,若退火温度超过共晶温度,则结合强度可再次升高,结合面面侧基体硬度随退火温度升高而下降,当退火温度高于600℃后,结合面Ag侧出现细晶区,扩散处理温度升高,结合面两侧晶粒的均明显增大,其中Ag侧晶粒的增大更为明显。