超声波焊接能量对铜/铝导线接头结合性能的影响

以BVR2.5铜线和BLV6铝线为研究对象,采用超声波焊接连接铜/铝异种金属导线,利用SEM,EDS,XRD和万能拉伸试验机分析超声波焊接能量对铜/铝导线焊接接头结合性能的影响.结果表明,超声波焊接可以实现铜/铝异种金属导线的有效连接.随着焊接能量增加,铜/铝界面原子相互扩散距离增加,但未形成中间相,接头抗拉力先升高后降低.当焊接能量较低时,接头抗拉强度取决于铜/铝导线冶金结合面积;当焊接能量超过300 J时,接头抗拉强度取决于铝侧有效承载面积;当焊接能量为300 J时,接头获得峰值拉伸载荷(409.8 N±8.9 N),拉伸时在铝侧断裂,断口为韧性断裂,接头性能较好.

铜/铝双金属固-液复合工艺研究

采用冲击射流固-液复合法制备铜/铝复合材料,预先在铜基体表面进行预处理,在浇注过程中改变铜基体的移动速度,使铝液与铜基体产生不同程度强化换热作用。利用SEM、XRD、EDS检测分析了铜/铝复合层成分与组织变化规律,用万能力学试验机测量其结合强度,显微硬度分析复合层的硬度分布。试验表明:浇注温度720℃时,随着铜基体移动速度升高,铝液对铜基体冲击射流换热量降低,复合层由Cu/Al金属间化合物组成。镀镍层使得铝液在铜基体表面产生润湿、漫流、保护作用,促进固-液界面形成冶金结合,有效提升了铜/铝复合材料的结合强度。试样在浇注温度720℃、铜基体移动速15 mm/s时,测得界面结合强度为24.8 MPa。

汽车用铜/铝复合板多路径轧制界面特征及力学性能研究

目的解决传统轧制复合制备的金属层状复合板的界面结合强度和力学性能在各个方向存在强的机械各向异性的问题。方法采用实验和模拟相结合的方式,首先通过2个道次的轧制复合实验,制备了铜/铝复合板,然后通过拉剪实验以及对界面微观结构特征的实验表征研究了轧制路径对铜/铝复合板界面特征和界面结合质量的影响,并通过实验结果和模拟结果分析了轧制路径对铜/铝复合板性能的影响机理。结果二道次同向轧制RD方向、45°方向和TD方向的界面结合强度分别为55.2、35.8和28.7 MPa;二道次45°轧制RD方向、45°方向和TD方向的界面结合强度分别为48.5、41.3和42.4 MPa;二道次垂直交叉轧制RD方向、45°方向和TD方向的界面结合强度分别为42.6、47.7和40.5 MPa。结论轧制路径的改变使界面的开裂方式由条带状开裂转变为网状/十字交叉开裂,提高了界面多区域的冶金结合,显著改善了铜/铝复合板界面结合状态和力学性能的各向异性,对高性能金属层状复合板的制备具有重要的意义。

铜/铝磁脉冲半固态辅助钎焊界面扩散过程

结合分子动力学模拟和试验研究,对铜/铝管磁脉冲半固态辅助钎焊界面原子扩散过程进行了研究.结果表明,在铝侧扩散界面原子主要在界面的无序原子层中相互扩散,且各元素的扩散行为不均匀,铝基体原子向钎料的扩散速度远小于钎料原子向铝基体扩散的速度;铜侧界面在模拟设置的冲击速度下,扩散层很薄且厚度变化并不明显.测量不同冲击速度下铝侧界面的扩散层厚度发现,随着冲击速度增加,模拟的扩散层厚度呈线性增加,与试验结果相符.根据模拟与试验结果建立了在相同或相近的冲击速度下,模拟界面扩散层厚度与试验界面扩散层厚度之间的关系,模拟结果能够较好地预测试验界面扩散层厚度,最大误差为2.8%.

退火温度对铜/铝复合薄带组织和拉伸性能的影响

研究退火温度对铜/铝(Cu/Al)复合薄带的组织和拉伸性能的影响以提高材料的力学性能。使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和电子背散射衍射仪(EBSD)观察和分析界面层的变化、界面元素的扩散以及Cu和Al各基体的显微组织演变。通过静态单轴拉伸试验研究Cu/Al复合薄带的拉伸性能。结果表明,Cu/Al基体在退火过程中发生再结晶,在400℃退火后Al基体晶粒生长成粗大晶粒。扩散层厚度随着退火温度的升高而增加,500℃退火后扩散层厚度达到12μm。原始典型轧制织构经退火处理后转变为典型退火织构成分{001}<100>和{001}<110>。一般来说,退火处理降低了材料的抗拉强度,提高了材料的整体塑性,扩散层在传递拉应力方面起着显著作用。

基于界面影响区特征的铜/铝复合板损伤行为研究

目的基于Cohesive-GTN模型建立考虑了界面影响区的铜/铝复合板有限元损伤模型,研究铜/铝复合板塑性变形的损伤演化行为,精细化分析金属层状复合板的损伤机理。方法采用拉伸试验机、显微硬度计、EDS能谱仪、扫描电镜等测试手段,结合试验模拟,将获取的参数输入ABAQUS有限元软件中并对模拟结果进行研究分析。结果基于试验法确定了界面区的宽度约为3μm,铜侧界面影响区宽度约为50μm,铝侧界面影响区宽度约为100μm。当塑性变形量逐步增加时,铜层材料较早发生损伤断裂,之后铝层进入集中失稳阶段,主裂纹贯穿铝层直至复合板材料整体发生断裂。此外,各异质层材料内部孔洞的体积分数不断增大,达到材料失效时的孔洞体积分数,材料发生损伤失效。结论基于Cohesive-GTN模型建立考虑了界面影响区的铜/铝层状复合板有限元损伤模型,并结合试验验证了模型的合理性和可靠性。在考虑了界面影响区的基础上,研究了铜/铝复合板塑性变形损伤演化行为,揭示了铜/铝复合板塑性变形损伤机制,为后续金属复合板的损伤分析提供更为精细化的建模方法。

数字图像相关方法检测铜/铝复层材料应变研究

针对传统应变检测方法中存在的操作过程复杂、无法实现实时测量和受环境影响较大等问题,采用数字图像相关(DIC)方法对铜/铝复层板及其组分材料拉伸过程中的应变数值进行实时测量,将该测量结果与拉伸机获得结果、有限元模拟测量结果相互对比,结果表明:基于DIC方法和拉伸试验所得铜板、铝板及铜/铝复层板的应变曲线很接近;DIC测量所得主应变与有限元模拟主应变具有较高一致性,且表面应变分布和最大主应变基本相同,其应变相差最大为0.442%,最小为0.008%;有限元模拟所得应变差值变化较大,最大变化为4.950%,DIC方法所得应变差值变化较小,最大变化为0.693%。在该基础上,通过引入应变差值来对比研究DIC方法和有限元方法所得结果精度,证明了DIC方法用于铜/铝复层板拉伸应变检测的可行性和优越性。

异步轧制铜/铝双金属复合板变形行为的研究

采用异步轧制复合工艺制备了铜/铝双金属复合板,分析了轧制工艺参数对复合板变形行为的影响,结合轧制变形区金属受力状态探讨了复合过程中的金属变形及流动规律.结果表明:异步轧制变形区内界面摩擦剪切作用直接影响母材的受力状态,共同变形区内双金属间的搓轧作用对金属流动及结合效果影响最大.异步速比越大,硬质金属变形越大.总压下率增大时,组元金属压下率均呈正比关系增加,且软、硬两种金属的压下率差值越来越小.

铜/铝/铜轧制复合板的退火工艺研究

研究了低温长时间和高温短时两种退火工艺对铜／铝／铜轧制复合板的成型性能及界面结合强度的影响，讨论了退火强化现象没有出现的原因。结果表明，退火处理不能提高铜／铝／铜轧制复合板的结合强度，只能改善复合板的成型性能。铜／铝轧制复合板宜采用高温短时退火制度，退火温度选择580～625℃，时间控制在10min以内，此工艺得到的铜／铝轧制复合板综合性能最佳。

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。

高性能铜/铝复合排的制备及界面机理

采用固-液法浇注和铸轧工艺制备铝/铜复合材料.研究不同工艺对铜/铝复合排界面结合强度的影响,并对铜/铝复合排界面结构和复合机理进行分析.结果表明:当进行300°C×1h热处理时,所得复合排的结合强度最高,多次热循环后复合排界面结合强度有所增加.电子探针能谱扫描分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)表明铜/铝复合界面上生成金属间化合物Al2Cu,Al4Cu9和AlCu相,从而使得界面层硬度增大.采用该方法制备的铜/铝复合排,整体拉伸强度达98MPa,电阻率为0.021 6×10-6Ω.m.

铜/铝异步轧制复合带的界面反应与强化机制

采用同步和异步轧制复合工艺制备铜/铝复合带,研究退火过程中的界面反应和异步轧制工艺的强化机制.利用扫描电镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,通过线扫描和电子探针分析界面元素分布,采用XRD进行界面物相分析,通过剥离和拉伸实验研究复合带的力学性能.结果表明,经400℃保温1 h后界面形成具有三个亚层的扩散层组织,各亚层内元素含量存在突变;铝剥离表面检测到大量铜元素,化合物相包括CuAl 2,Cu 9Al 4,CuAl和Cu 4Al,而铜剥离表面只检测到Cu 9Al 4和Cu 4Al;异步轧制工艺可以提高界面结合强度和复合带的拉伸性能,使界面层在拉伸断裂后破坏程度降低.

铜－铝复合材料的研究

研究了铜／铝轧制复合工艺对复合板结合强度的影响，指出轧制变形率和热处理工艺是控制结合强度的主要因素。

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。

轧制铜/铝复合带材在退火过程中的界面组织演变

研究了经冷轧复合的高频电缆用铜/铝复合带材在退火过程中界面组织的演变规律。结果表明:随着退火温度的升高,在退火过程中铜/铝复合带冶金结合界面组织的生成和生长速度加快;随时间的延长,组织演变过程的4个阶段为孕育期、局部区域形成岛状新生相、扩散层发生横向→纵向→横向生长、新金属间化合物形成和扩散层增厚。

铜/铝复层板成形极限视觉测量方法及成形性能

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板成形极限应变的视觉测量方法,利用有限元模拟结果对该方法进行验证。根据DIC方法获得的板料成形极限应变,分析热处理工艺及接触状态对铜/铝复层板成形极限的影响,使用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析。结果表明:DIC方法测得的铜/铝复层板失稳破裂时的最大主应变与有限元模拟结果的相对误差为0.1%,且应变值分布与有限元模拟吻合也较好;铝在内层时复层板成形极限大于铜在内层时的成形极限;经过退火处理的铜/铝复层板成形性能优于未退火时的性能;铜/铝复层板发生失稳断裂时,界面产生脱离。

电缆用铜/铝复合带制备工艺研究

研究了制备工艺对电缆用铜/铝复合带组织和性能的影响.结果表明:电缆用铜/铝复合带冷轧复合加工率应大于67%,合理的退火工艺为310℃×1.5h.铜/铝复合界面是通过轧制物理结合-退火冶金结合机理形成的.

超声波辅助钎焊铜/铝异种金属接头界面组织性能及强化机制

为了研究铜/铝异种金属钎焊接头界面金属间化合物层组织结构对接头性能的影响,从化合物结构出发,提出了一种预涂敷钎料的超声波辅助钎焊复合工艺.结果表明,采用Sn-9Zn共晶钎料,得到细小金属间化合物弥散地分布在铜表面的界面结构,增强了界面强度,其接头抗拉强度甚至超过传统工艺下将金属间化合物层减薄到极限厚度(1~2μm)时的强度.提出了一种基于超声预涂敷工艺的界面化合物结构调控方法,研究了化合物在钎焊过程中的演变规律,以及金属间化合物层在不同结构和分布情况下对接头力学性能的影响,探索了铜/铝异种金属低温焊接的新途径.

铜铝液相扩散结合的动力学分析

为了提高铜铝复合材料的冶金结合质量,根据铜铝在共晶温度548℃到铝熔点温度660℃范围内的液相扩散结合机理,建立相应温度范围内的铜铝等温反应扩散数学模型,并对模型进行求解。计算结果表明:由于铜铝相互扩散,首先在界面形成铜固溶体(α)和铝固溶体(γ),随后铜铝界面发生液化并形成液相扩散层(L)和金属间化合物层(IMC);随着加热时间延长,固液界面IMC/L和γ/L分别向α侧和γ侧迁移,界面迁移距离与加热时间呈抛物线关系,抛物线系数与温度有关,温度越高,系数越大。

铜/铝搅拌摩擦焊工艺及组织研究进展

铜/铝复合结构因其综合了铝的耐腐蚀、重量轻以及铜的导电性好、导热系数高、接触电阻低等优点,广泛应用于电力、汽车、电子、湿法冶金等领域。通过搅拌摩擦焊的方法可以有效连接铜和铝,但是由于在接头的缺陷和金属间化合物(IMC)难以控制,严重影响了接头的性能。本文对铜/铝搅拌摩擦焊的焊接工艺参数、微观组织以及力学性能等方面进行系统介绍,并对其未来发展进行了展望。