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。

不锈钢-铝合金复层材料拉伸力学性能分析

针对半固态连接制备的不锈钢-铝合金复层材料,对不同相对厚度比的复层材料进行拉伸试验,将试验数据与混合法则相比较,并建立了屈服点、抗拉强度与相对厚度比之间的关系模型。在传统的混合法则基础上,建立了宽度方向应力与相对厚度比和拉伸应变之间的关系。研究结果表明:屈服点、抗拉强度与相对厚度比之间符合指数函数关系;在塑性变形阶段,试样宽度方向应力的绝对值随拉伸应变的增大而增大;不锈钢一侧宽度方向应力为拉应力,并随着相对厚度比的增大而减小;铝合金一侧宽度方向为压应力,其绝对值随相对厚度比的增大而增大。

电磁搅拌对复层材料凝固组织的影响

采用固液复合的方法制备3003/4004和5056/AZ91两种不同结合类型的双金属复层材料,使用光学显微镜和XRD等手段分析电磁搅拌对复层界面凝固组织的影响。结果表明:施加电磁搅拌可以明显改变两种复层材料界面的凝固组织,对于3003/4004复层铸锭,未经处理时,4004一侧界面附近的凝固组织为粗大的树枝晶;而经电磁搅拌处理后,其界面附近凝固组织为非树枝状;对于5056/AZ91复层铸锭,未经处理时,金属间化合物主要聚集在过渡层处,靠近5056铝合金一侧的为Mg2Al3,靠近AZ91镁合金一侧的为Mg17Al12;而施加电磁搅拌后,Lorentz力会引起AZ91熔体强迫流动,反复冲刷外层5056凝壳导致重熔,大量铝元素被卷入铸锭内部与未凝固的镁合金熔体混合,使得从界面到心部均为单一的Mg2Al3相。

半连续铸造制备3003/4004板坯复层材料

试验采用双流浇注半连续铸造方法,在自行设计的半连续铸造装置上制备了3003/4004铝合金板坯复层材料。分析了所制备合金的成分、显微组织和力学性能。结果表明,采用半连续铸造制备3003/4004板坯可以实现不同合金成分在界面两侧的均匀分布;合金的硬度与成分分布和显微组织之间具有良好的对应关系,界面结合强度较高。

纳米碳管对复层材料机械性能的影响研究

针对纳米碳管对复层材料机械性能的影响,提出纳米碳管含量与复层材料关系的数学模型,预测复层材料的机械性能指标。先引入复合材料中增强材料含量与其弹性模量之间的函数关系,而后基于复层梁理论的变换断面法推导出增强材料含量与复层材料弹性模量及应力的关系,最终通过弯曲实验获取数学模型中的关于纳米碳管复层材料的基本参数,揭示纳米碳管对复层材料力学性能的影响。此数学模型的建立方法同样适用于其他增强材料,对新型复层材料的应用有积极的指导意义。

电磁场下复层材料连续铸造研究

从2个浸入式浇口同时浇注Sn和Sn+Pb2种金属液,通过在结晶器外侧施加直流电磁场,控制结晶器内金属液的混流,得到了Sn和Sn+Pb复层铸坯。数值模拟的结果表明,电磁力在结晶器一定高度范围内对速度v起作用,且在不同的高度,磁场对速度v的制约也是不同的;当B=0.2T左右时,浇道出口速度可以很快地减小,使射流程度降低,达到理想的制动效果。因此,磁感应强度值应大于0.2T。

不锈钢-铝复层材料界面断裂性能分析

采用四点弯曲的试验研究方法,对爆炸焊接不锈钢-铝复层材料界面断裂性能进行了研究,采用扫描电子显微镜对界面裂纹与断口形貌进行观察分析。研究结果表明:采用爆炸焊接工艺可以达到不锈钢-铝复层板的良好结合,以界面能量释放率作为界面断裂韧性的评价指标,其平均值为1.725 MPa·m。界面断口可以观察到清晰的爆炸焊接波纹痕迹,并且有微观裂纹的存在,界面断裂整体倾向于脆性断裂。

热扩散制备高导电性铜/铝双金属复层材料及界面组织性能调控研究

目的采用热扩散方法制备Cu/Al双金属复层材料,研究热扩散下界面生成的物相种类及工艺参数对界面物相厚度的影响,以期获得兼具力学性能和良好导电性的Cu/Al双金属复层材料。方法在温度区间为550~570℃、压力为28 MPa和保温扩散时间为20~40 min的工艺条件下,用真空热压烧结炉对1 mm厚的Al箔和7.68 mm的铜板进行热压烧结,利用金相显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪、维氏硬度计、万能试验机和高精度万用表对反应界面的宏观形貌、显微组织、力学性能以及导电性能进行研究。结果Cu/Al扩散反应后界面处生成的金属间化合物从铝侧到铜侧依次为:CuAl_(2)、CuAl、Cu_(3)Al_(2)、Cu_(9)Al_(4)相,随着扩散温度的提高和保温时间的增长,金属间化合物的各成分含量会有所增加。当热压温度为560℃、保温时间30 min时,可生成界面结合良好、综合性能优异的试样(抗弯强度为360 MPa,电导率为55.28 MS/m)。结论通过优化热压烧结工艺,可制备出界面结合良好且综合性能更优异的Cu/Al双金属复层材料。

金属基复层材料应变计算有限元分析

本文研究了双金属材料的组织与性能,采用有限元软件建立这类材料与其组分材料力学性能之间的几何模型并进行了应变应力分析;得出试样单向拉伸过程沿宽度方向产生的附加应力及其对这类材料变形的影响应力集中在缺陷处,不锈钢材料侧的应力较大。

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。

电磁场对铝合金复层材料界面形貌的影响

研究了电磁场对3003和4004铝合金复层材料界面形貌的影响.结果表明,施加电磁场可以明显改变复层材料界面形貌,对于外层为高熔点3003铝合金,内层为低熔4004铝合金的3003/4004复层铸锭,未经电磁场处理时,其凝固组织中针片状共晶硅在界面处平行聚集分布,对复层界面产生强烈的割裂作用,对界面结合强度产生不利影响.经电磁场处理后,由于金属熔体受到脉冲磁场产生周期性震荡冲击作用,界面处共晶硅的分布变为呈块状或短棒状弥散分布,这种分布状况有利于界面结合强度的提高.对于外层为低熔点4004铝合金,内层为高熔点3003铝合金的4004/3003复层铸锭,未经电磁场处理时,金属间化合物及杂质在界面区域内的一条晶界线上偏聚,大大降低了界面的结合强度.施加电磁场后,偏聚大量金属间化合物及杂质的晶界线被破除,金属间化合物及杂质强化相在界面区域呈细小颗粒状弥散分布,这种分布状况也有利于界面结合强度的提高.

复层铁基粉末冶金材料的摩擦学性能

采用粉末冶金工艺制备基体致密、表层多孔含油的双层复合铁基含油材料,用HDM-20端面摩擦磨损试验机评价其摩擦磨损性能。结果表明,改变表层中TiH_2的含量可以实现孔隙率的变化,有效改善润滑性能,适宜TiH_2的含量可满足复层材料力学性能和润滑性能的平衡;在较高负载工况时,复层材料润滑性能较单层烧结材料好,且随着表层厚度的增加,摩擦系数先降低后升高,当表层厚度占材料总厚度的50%时,复层材料的承载能力最高,摩擦磨损性能最好。

Steel/CFRP复层材料构件的混合热共冲工艺研究

为了满足新能源车辆对轻量化及高强度的严苛要求,提出将高强度钢板与CFRP预浸料组成Steel/CFRP复层材料,通过两种异质材料的匹配设计和优势互补,实现车体承力件轻量化新思路。针对Steel/CFRP,提出适用于轻量化Steel/CFRP车体构件高效量产的混合热共冲工艺,阐述了其工艺原理及特点;设计开发了用于Steel/CFRP复层材料盒形件混合热共冲成形工艺试验用的可加热温控模具,介绍了其结构组成及主要零件。开展了相应的工艺试验,证明了所提出Steel/CFRP复层材料构件混合热共冲工艺方案的可行性和有效性,为后续对Steel/CFRP构件混合热共冲过程中材料的成形性能、变形行为、界面结合状态及安全性、吸能性研究,提供了必需的实验样品。

碳纤维/铝复层材料的组织和力学性能

在1060系铝基体表面镀镍碳纤维作为增强体,进行真空热压扩散制备出碳纤维/铝复层材料。研究了制备工艺参数(加热温度、保温时间、压力大小)和碳纤维体积分数对碳纤维/铝复层材料的微观组织、界面结合、性能强度和断口形貌的影响。结果表明:碳纤维与铝基体界面结合良好,镀镍层与铝基体在碳纤维附近反应生成的AlNi阻止了铝基体与碳纤维之间生成脆性相AlC。随着碳纤维体积分数的提高,材料的抗弯强度先提高后降低。

复层孔隙分布铁基粉末冶金材料摩擦性能分析

采用粉末冶金工艺制备复层孔隙分布的铁基粉末冶金材料,通过SEM分析材料微观组织形态和断口形貌,在HDM-20端面摩擦试验机下分析其摩擦性能。得出结论:向铁基粉末冶金材料中增添TiH2可增加孔隙率,生成TiC硬质相,使得孔隙力学性能的削弱,材料硬度提升,压溃强度降低。当复层材料孔隙率为23%时,对应的材料减摩耐磨性能最佳,复层材料的减摩耐磨性能对比单层材料性能更理想。文章主要以试验形式完成对复层孔隙分布铁基粉末冶金材料的摩擦性能的探讨。

叠层复合材料与Cr18-Ni8钢焊接接头区的组织

采用填丝钨极氩弧焊(GTAW)方法对复层厚度0.3 mm的叠层复合材料与Cr18-Ni8不锈钢进行焊接实验。通过显微图像分析仪和扫描电镜等对焊缝及热影响区的微观组织及显微硬度、元素分布等进行分析。结果表明:叠层复合材料NiCr基层与焊缝形成可靠的熔合,超级镍复层与焊缝过渡区显微硬度升高;不锈钢母材侧形成了明显的重结晶细晶粒区及δ铁素体析出相区;填丝钨极氩弧焊要注意超级镍复层的烧损,应控制焊接电弧偏向不锈钢一侧。

基于数字散斑相关法的双金属复层板应变光学检测问题研究

双金属复层板具有优良的综合性能,广泛应用于航空、航天、汽车等领域。在制造过程中其成形性能发生了较大变化,传统单一金属的研究方法大多不能适应新材料发展的需要,严重阻碍了双金属复层材料产业化的进程。提出采用数字散斑相关方法应用于双金属复层材料结构及现场工程变形测量;分析了国内外研究现状及存在的科学问题,揭示了严格数字散斑相关方法理论应用在复层材料的应变光学检测和成形性能的机理和研究内容,该方案预计获得的4个应变数值相互对比验证,能互相提高应变精度达5%,并达到再现材料应变历史及动态跟踪、提高全场应变精度检测、优化材料配置比例及完善成形性能的目的。

新型水泥基复层外墙涂料的性能与施工工艺的探讨

建筑物外墙装饰的质量对城市美化的效果起着十分重要的作用。厦门市近年来建造的公用与民用建筑,其外墙除少数临街高档建筑采用玻璃幕或银塑板装饰外,绝大多数建筑采用外墙砖装饰,外墙涂料使用的不多。即使使用了,也由于材料质量与施工工艺等方面的问题出现开裂、褪色。