退火工艺对Cu/Al复层材料界面影响的研究

采用纯铜/纯铝和纯铜/铝合金进行400℃温轧和退火热处理,并对得到的Cu/Al复层材料进行界面结合强度测试、界面金相显微组织分析和界面扫描电镜分析。结果表明:Cu/Al复层材料界面处Cu/Al中间相的形成需要一定的孕育期,其形成过程为:形核→核长大→沿界面横向连片生长→沿界面法线方向纵向生长;纯铜/纯铝复层材料最佳退火工艺为300℃×1 h,最大界面结合强度可达2.4 N/mm;而纯铜/铝合金为300℃×3 h,界面结合强度最大值为3.1 N/mm,保证了材料的成型性能,同时防止金属间化合物的生成;经较高温度的长时退火(500℃×5 h),纯铜/铝合金比纯铜/纯铝复层材料界面更容易形成脆性金属间化合物相,导致界面结合强度的降低,造成界面在剥离条件下的脆性断裂。

Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相的影响研究

为了研究Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相的影响,对Cu/Al复层材料进行退火热处理,通过XRD、扫描电镜和EDX能谱检测的方法对界面中间相进行分析,得到Mg、Zn元素对Cu/Al复层材料界面中间相分布规律和界面层断裂位置的影响结果。最后得出结论:完成300℃×5 h的退火热处理后,当界面为纯铜/纯铝时,Cu/Al界面处仅生成CuAl_(2)相,界面层断裂发生在铜基体和CuAl_(2)相之间;当界面为纯铜/铝合金时,在Mg、Zn元素的作用下,Cu/Al合金界面处并没有CuAl_(2)相生成。完成400℃×5 h的退火热处理后,Cu/Al界面中间相分布均为Cu_(9)Al_(4)和CuAl_(2),但其厚度的分布有所差异,此时Mg元素和Zn元素的作用均不明显。完成500℃×5 h的退火热处理后,当界面为纯铜/纯铝时,Cu/Al界面中间相分布为Cu_(9)Al_(4)、CuAl和CuAl_(2),界面层断裂发生在CuAl相或CuAl_(2)相和Cu_(9)Al_(4)相之间;当界面为纯铜/铝合金时,主要在Mg元素的作用下,此时Zn元素的作用并不明显,Cu/Al界面中间相分布变为Cu_(9)Al_(4)、CuAl、Al_(5)Cu_(6)Mg_(2)和CuAl_(2),界面层断裂发生在CuAl_(2)相或CuAl相和CuAl_(2)相之间。

Cu/Al复合材料界面组织与性能的研究进展

Cu/Al复合材料拥有优异的导电、导热性能及良好的耐腐蚀性,被广泛应用于通讯、电力和新能源等领域。作为异种金属连接形成的复合材料,其在制备过程中最大的难点在于消除异种金属间热膨胀系数差异等物理性质引起的缺陷,且连接处的界面间组织是影响其性能的主要因素,所以对此进行研究十分重要。综述了超声波焊接、搅拌摩擦焊、爆炸焊和铸造法下Cu/Al复合材料界面金属间化合物(IMC)的种类、形成机理,同时总结了Cu/Al复合材料性能改进常用的辅助手段:在等离子焊接和真空铸造工艺中添加微量元素;在拉拔旋压、轧制和爆炸焊后进行热处理;在超声波焊接、轧制中进行电脉冲辅助。国内外研究者们还广泛应用计算机模拟技术来研究Cu/Al复合材料的界面组织和性能。采用自主研发的冲击射流复合铸造工艺成功制备出Cu/Al复合材料,界面组织为Al_(2)Cu,Al Cu和Al_(4)Cu_(9),最大结合强度为23 MPa。

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。

热处理工艺对Al/Cu双金属复合界面的影响

采用POLYVAR-MET型金相显微镜、带有GENESIS60S能谱仪的Sirion200场发射扫描电镜对经高温和低温退火处理的Al/Cu双金属复合界面组织进行观察分析,研究热处理工艺对界面组织及扩散层厚度的影响规律,并进一步通过冷轧实验研究扩散层厚度与界面结合强度的关系,获得综合满足材料结合强度和成型性能的热处理工艺。结果表明：高温退火处理的Al/Cu复合试样难以实现稳定的塑性成型,低温退火处理能使界面结合牢固,冷变形塑性好;Al/Cu双金属复合材料的界面扩散结合层厚度的最佳范围为1.2~3.5μm;最佳工艺为低温退火加热到300~350℃,保温45~60 min。

Mg/Al液固双金属复合材料的界面及相组成

针对单一镁合金耐蚀性差的问题，利用液固复合法制备了Mg／Al双金属复合材料，采用光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及X射线衍射（XRD）对材料界面组织和相组成进行了分析。试验结果表明：当以AZ91D为浇注金属，浇注温度为660～680％时，炉冷、双金属AZ91D和Z1105可获得良好的冶金结合界面；合金界面共分为5个明显区域，镁合金基体侧为Mg基固溶体和Mg17Al12,铝合金基体侧为铝基固溶体和Al3Mg2，界面中间区域则为Al3Mg2和弥散析出的中间相Mg2Si。

冷轧对搅拌摩擦加工Al/Cu复合材料微观组织和力学性能的影响

对重叠率为0.5的多道次搅拌摩擦加工(MFSP)制备的Al/Cu复合材料进行了不同变形量的冷轧实验,弥补了MFSP造成的缺陷,对晶粒进行细化和均匀化并进一步提高了其界面结合强度。利用电子背散射衍射技术和剪切实验研究了不同变形量对复合材料界面结构、组织演变和剪切性能的影响。结果表明,在轧制压力作用下,加工区界面由连续变为不连续,过渡区未结合界面逐渐闭合直到结合良好,界面结合机制由单一扩散结合变为扩散结合和机械啮合二者的共同作用。当轧制变形量从30%增加到70%时,加工区和过渡区中Al、Cu各自平均晶粒尺寸的细化效果近乎一致,原始晶粒尺寸差也逐渐消失,由PZ界面原始的20和35μm以及TZ界面原始的25和38μm细化至8~9μm。剪切强度从102.3 MPa增加至374.2 MPa,提高了265.8%,相较原始MFSP试样的剪切强度(75.2 MPa)提高了398%,剪切断口表明断裂方式由韧性断裂转变为脆性断裂,加工硬化和波状界面形貌使界面结合强度有所改善。

Al/FeCrAl双金属复合材料的制备及试验研究

采用固-液双金属复合铸造法对Al/FeCrAl进行复合,并通过此方法成功制备了Al/FeCrAl双金属复合材料。采用光学显微镜、扫描电镜、热处理试验和显微硬度计对材料界面组织和相组成进行了分析。结果表明：Al/FeCrAl双金属复合材料界面以冶金结合方式进行结合;热处理温度在500℃及以上时,Al元素向表面或者过渡层急速扩散并在过渡层产生氧化反应形成大量的Al2O3;复合材料显微硬度从喷涂层到基体层逐渐递减。

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Al_(2)Cu,铜层则主要是AlCu,Al_(2)Cu。在焊缝中心生成大量的块状Al_(2)Cu,均匀分布在α-Al和Al_(2)Cu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。

碳纳米管增强Cu和Al基复合材料的研究进展

碳纳米管(CNTs)增强Cu基或Al基复合材料是未来铜材或铝材方面最具潜力的发展方向之一。在本研究中,综述了近几年在CNTs增强Cu基和Al基复合材料研究方面取得的进展,论述CNTs的预处理、CNTs-金属复合粉末的制备、CNTs-金属复合块体材料的制备、界面结合机制以及CNTs的强化机理5个主要方面。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料不仅具有和纯铜一样优良的导电、导热性能,而且由于弥散强化的作用使其拥有高的硬度和强度,特别是优越的高温强度,从而使其成为越来越重要的工程材料之一。论述了Al2O3/Cu复合材料的强化机理及Cu-Al合金的内氧化机理,重点阐述丁内氧化过程中Al2O3颗粒的形核、长大和粗化,并采用内氧化法制备了性能优越的Al2O3/Cu复合材料。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶行为

以Cu2O为氧化剂,采用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料。并将不同Al2O3含量的试样进行不同变形量的冷拔处理,在氮气保护下进行高温退火处理(700℃～1050℃,1h)。研究了硬度随退火温度的变化规律,观察了显微组织。结果表明:在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃,1h退火后Al2O3/Cu复合材料的硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

制备工艺对Al_2O_3/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

以Al2O3颗粒为增强相,分别采用内氧化法和粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料,并在HST100型载流高速试验机上进行了载流摩擦磨损性能测试,研究了制备工艺对Al2O3/Cu复合材料载流摩擦性能的影响。结果表明,内氧化法制备的A12O3/Cu复合材料的导电率和硬度均高于粉末冶金法制备的A12O3/Cu复合材料,且内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更低的磨损率和摩擦系数。微观组织观察表明,内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料内部Al2O3颗粒分布均匀,且Al2O3颗粒与铜基体的界面结合整齐致密无污染,这是内氧化法比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料具有更优抗载流摩擦磨损性能的主要原因。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损特性

采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了复合材料在载流条件下的摩擦磨损特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;载流条件下,该复合材料的抗摩擦磨损性能显著优于铬青铜合金;电流较小时具有磨粒磨损和粘着磨损的共同特征,电流较大时以粘着磨损为主。在试验范围内,电流比载荷对磨损率的影响显著。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的研究现状

综述了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的研究现状,总结了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的必备条件,对内氧化动力学和热力学进行了详细的阐述,并以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,验证了其优越的室温和高温性能;对以复合材料棒材为原料制备的点焊电极进行装机试验,结果表明其寿命为传统Cu-Cr-Zr电极的3～5倍;最后着重分析了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料发展过程中亟待解决的问题。

Al2O3弥散增强Cu基高导电率复合材料的制备及性能研究

采用高能球磨结合放电等离子烧结的方法制备0.5%、1.0%和2.0%的Al_2O_3弥散增强Cu基复合材料。研究Al_2O_3在Cu基体中的分布状态,以及对复合材料强度、硬度、导电性能和摩擦系数的影响。结果表明:弥散分布于晶界处的Al_2O_3颗粒导致复合材料的硬度和抗拉强度都提高,而伸长率、电导率降低和摩擦系数降低。1.0%Al_2O_3/Cu复合材料的相对密度达到98.22%、电导率为48.38 MS/m,硬度102.7 HV,抗拉强度264.97 MPa,摩擦系数0.28。

Al/Cu复合材料制备中理论与工艺研究进展

Al/Cu复合材料具有质轻、导电良好和成本低等优点,成为了近年来研究的热点。介绍了Al/Cu复合材料的主要界面复合理论,并着重阐述了近年来对主流理论的研究。综述了国内外关于Al/Cu复合材料的制备工艺和数值模拟的研究进展,指出了各工艺的优缺点,并对制备工艺的改进方向、未来数值模拟的研究方向进行了展望。

用渗流铸造法制备Zr_(55)Al_(10)Ni_5Cu_(30)非晶复合材料

用渗流铸造法制备出以Zr55Al10Ni5Cu30合金为基体,以W丝束为增强相的大块非晶复合材料.采用X-射线衍射分析了基体的相组成,在扫描电镜（SEM）下观察了反应界面的形貌,利用电子探针研究了元素的迁移情况.通过改变渗流温度和时间,研究了W丝和基体间界面的作用过程.选择适当的渗流温度和时间,可以制备出长65mm直径4.3 mm的大块W丝束增强Zr55Al10Ni5Cu30非晶复合材料.在一定范围内提高渗流温度降低渗流时间或降低渗流温度延长渗流时间能得到同样的效果在渗流铸造前,液态金属的过热有利于提高基体的非晶形成能力,降低渗流铸造时产生的缺陷.

Al_2O_3/Cu复合材料内氧化粉末的制备

通过引入高能球磨,为Al2O3/Cu复合材料的内氧化工艺提供了新的粉末制备途径。高能球磨可制备亚稳态的Cu Al预合金粉末,使用该粉末进行内氧化,既可避免复杂的雾化制粉装置,又可使Al的脱溶氧化变得容易,缩短内氧化的周期;Cu2O粉末与Cu Al预合金粉末一起进行球磨,一方面改善了粉末内氧化的动力学条件,另一方面避免了Cu2O分解后产生的富铜相。球磨过程适宜的酒精加入量为15mL/100g粉料。Cu Al系粉末在经过96h的球磨后合金已经形成,合金粉末向层片结构发展,此时粒子已经细化。X射线衍射图谱中Al的衍射峰的消失是Cu Al系粉末形成合金的标志,并不是晶粒细化所致。Cu 2 0%Al比Cu 0 8%Al的合金更容易细化,层片结构更突出。