高熔点差三元合金累积叠轧-扩散合金化制备工艺

为解决高熔点差多元合金制备方法存在的元素偏析、合金性能受限、制备成本高等问题,提出了高熔点差组元合金的累积叠轧-扩散合金化(ARB-DA)制备新工艺。采用SEM、EDS、TEM、XRD和万能试验机表征了累积叠轧-扩散合金化Cu-21Ni-5Sn合金的组织和性能,研究了累积叠轧和阶梯式扩散热处理工艺对Cu-21Ni-5Sn合金成分均匀性的影响和机理,并揭示了后续时效制度对Cu-21Ni-5Sn合金性能的影响和机理。结果表明:通过累积叠轧7道次+650℃/5 h+1000℃/8 h阶梯真空扩散热处理工艺,制备出了元素误差小于5%、成分均匀的Cu-21Ni-5Sn合金。采用累积叠轧实现减薄中间层、缩短扩散距离,增加晶界、位错等原子扩散通道,低熔点Sn元素与Cu、Ni元素在650℃形成高熔点(Cu,Ni)_(3)Sn金属间化合物临界层,在1000℃高温加速Cu、Ni元素扩散。Cu-21Ni-5Sn合金在40%预冷变形下于470℃时效60 min充分调幅分解,基体中析出致密的与基体共格的DO22及L12有序固溶体,与α铜基体之间的取向关系为(111)_(Cu)//(220)_(DO_(22)),(200)_(Cu)//(310)_(l1_(2))。合金抗拉强度达到峰值925 MPa,弹性模量为135.4 GPa,合金导电率达到6.23%IACS。

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制.结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al 2Cu、AlCu、Al 4Cu 9.轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒.8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.

元胞自动机法在累积叠轧镁合金界面连接机制的应用

本文中采用的累积叠轧焊工艺对镁合金进行细化晶粒,并改善其力学性能。采用元胞自动机法对镁合金界面连接机制进行研究,构建界面扩散模型,分析扩散机理。采用元胞自动机方法对镁合金界面连接机制进行研究,将会对构建界面扩散连接模型的建立,微观组织的研究起到非常重要的作用。将在未来对镁合金在性能优化,实际应用做出突出的贡献。

武汉大学研发出累积叠轧高强高塑性铝镁合金

武汉大学首次采用一种新的固态合金化方法,通过对Al和Mg元素材料进行超高循环的累积叠轧焊(ARB)来制造高Mg含量(CMg)的Al-Mg合金。实验结果表明,随着ARB循环次数的增加,合金化程度增加,在ARB循环至70次后,Al-Mg合金中形成了伴随纳米析出物的过饱和α-Al固溶体。如此制备出的Al-Mg合金在机械性能方面有明显的提升,CMg=13%时最大抗拉强度约为615 MPa,拉伸伸长率约为10%。高强度可归因于固溶强化、晶界强化、位错强化和析出强化。

D-KH法制备AgCuSn合金钎料的性能研究

分别采用熔铸法和D-KH法(叠轧复合-扩散合金化工艺)制备了Ag-22.4Cu-20Sn钎料合金,采用XRD、SEM、DSC及万能力学试验机等测试技术,对合金相组成、显微组织、熔化特性、钎焊接头的剪切强度和钎焊界面形貌等进行了对比研究。结果表明,D-KH法制备的钎料相组成为(Ag)、Cu3Sn、Ag5Sn相,而熔铸法制备的钎料相组成为(Ag)、Cu3Sn、Ag5Sn以及Cu41Sn11相;D-KH法制备的钎料合金液固相线均降低,熔程减小。与熔铸法相比,用D-KH法制备得到的厚度0.1 mm的钎料薄带,润湿铺展性更优、接头剪切强度更高、接头强度稳定性更好。

退火工艺对Au-20Sn钎料组织的影响

采用叠轧-合金化法制备Au-20Sn钎料,研究合金化退火工艺对Au-20Sn钎料显微组织的影响。结果表明:Au/Sn界面在叠轧过程中形成AuSn4,AuSn2和AuSn三个金属间化合物(IMC)层。在200℃退火时,IMC层的厚度随退火时间的延长而逐渐增大。当退火时间延长至48 h时,IMC层发生转变,Au-20Sn钎料最终形成由ζ相(含Sn 10%～18.5%,原子分数)和δ(AuSn)相组成的均质合金。在250℃退火时,Au/Sn界面扩散速度增大,退火6 h后Au-20Sn钎料组织完全转变成ζ相+δ(AuSn)相。在270℃退火时,IMC层熔化,反应界面转变成为固-液界面,Au-20Sn钎料组织转变为脆性的(ζ'+δ)共晶组织。综合Au-20Sn钎料的性能和生产要求,得到优先退火工艺为250℃退火6 h。

退火温度对LZ91/AA1050叠轧复合板材组织与性能的影响

对AA1050合金和LZ91合金实施了1道次累积叠轧加工,形成LZ91/AA1050叠轧复合板材,并在200、250和300℃进行1 h的退火处理,利用拉伸试验机、SEM、TEM和XRD研究了后续退火温度对接合面剥离强度和显微组织的影响。结果表明:300℃退火试样的接合面处扩散层较厚,剥离强度最高,达到54 N/cm;在300℃退火处理试样的结合面处靠近AA1050侧,生成了厚约2μm的FCC-Al3Mg2化合物,化合物中还析出少量粒径约50 nm的BCC-Al12Mg17化合物,导致该处扩散层中Mg和Al元素含量波动较大。

退火工艺对Al/Mg/Al复合板组织及界面扩散的影响

通过累积叠轧法制备出Al/Mg/Al三明治复合板,采用超景深光学显微镜、扫描电镜和能谱仪研究了退火工艺对Al/Mg/Al复合板组织和界面扩散动力学的影响。结果表明：退火处理后,Mg层中的剪切带和变形组织消失,晶粒明显长大,且Mg/Al界面原子间的扩散加剧。随着退火温度的升高,扩散层厚度逐渐增加,产生了金属间化合物Al_3Mg_2和Mg_（17）Al_（12）。扩散层厚度受到退火温度和时间的共同影响,退火过程中Mg/Al界面的扩散机制为扩散层厚度以抛物线状的方式生长。