交变磁场−真空差压协同场下ZL205A合金θ(Al2Cu)相的生长特性

采用SEM和XRD等手段,分析励磁电流和凝固压力对ZL205A合金中θ(Al2Cu)相的生长取向及形貌的影响,探讨交变磁场−真空差压协同场下ZL205A合金中θ(Al2Cu)相的生长特性。结果表明,交变磁场−真空差压协同作用对ZL205A合金中θ(Al2Cu)相的生长取向以及形貌的影响显著。随着励磁电流的增大,ZL205A合金的择优生长取向面(110)、(211)、(112)、(310)和(202)逐渐被抑制,当励磁电流增加至10 A时,(112)晶面已经完全被抑制,同时ZL205A合金中θ(Al2Cu)相形貌出现了粗化现象;当励磁电流超过10 A增加至15 A时,θ(Al2Cu)相的择优生长取向只剩(110)和(211)两个晶面,其他生长取向被完全抑制,而大部分θ(Al2Cu)相组织由连续的树枝网络状转变为细小的碎片状;随着凝固压力的增加,ZL205A合金中θ(Al2Cu)相的主要择优生长取向面(110)、(211)、(112)和(202)被逐渐抑制,θ(Al2Cu)相的细化效果越来越显著;励磁电流为15 A、凝固压力为350 kPa时,交变磁场与凝固压力协同作用效果最佳。

2219铝合金搅拌摩擦焊缝Al2Cu相聚集行为特征分析

对2219C10S状态铝合金进行搅拌摩擦焊接试验,发现焊缝中存在聚集物的异常聚集现象,聚集相在X光检测中显示为亮白色聚集物,主要形态分为团块状、线状和指状三种,聚集相处焊缝的力学性能与无聚集相焊缝的力学性能基本相同。各形态聚集相的分布位置受搅拌头焊接影响区域的不同而不同,团块状聚集相主要存在于焊核中心或偏焊缝上表面位置处,线状和指状聚集相主要存在于焊核中心或偏焊缝根部位置处。对异常聚集相进行能谱分析知,聚集相主要组成元素为Al和Cu,原子百分比近似为2∶1,确定聚集相主要成分为Al2Cu。对聚集相的成因进行分析认为,聚集相的产生主要受搅拌摩擦焊接热输入及搅拌头机械搅拌作用的影响,在焊接过程中,塑态软化金属中的Al2Cu在填补搅拌针后方空腔的过程中出现了聚集行为,随着塑态金属的凝固,聚集行为开始变得缓慢并结束。

Microstructure and properties of Al/Cu bimetal in liquid-solid compound casting process

A Ni-P coating was deposited on Cu substrate by electroless plating and the Al/Cu bimetal was produced by solid？liquid compound casting technology. The microstructure, mechanical properties and conductivity of Al/Cu joints with different process parameters （bonding temperature and preheating time） were investigated. The results showed that intermetallics formed at the interface and the thickness and variety increased with the increase of bonding temperature and preheating time. The Ni？P interlayer functioned as a diffusion barrier and protective film which effectively reduced the formation of intermetallics. The shear strength and conductivity of Al/Cu bimetal were reduced by increasing the thickness of intermetallics. In particular, the detrimental effect of Al2Cu phase was more obvious compared with the others. The sample preheated at 780 ℃ for 150 s exhibited the maximum shear strength and conductivity of 49.8 MPa and 5.29×10^5 S/cm, respectively.

Cu含量对2219铝合金锻件及其焊接接头组织与性能的影响

采用力学拉伸实验、焊接实验、电化学阻抗谱(EIS)、循环阳极极化曲线(Tafel)以及金相和扫描电镜(SEM)等分析测试方法,研究Cu含量对2219铝合金锻件组织与性能的影响。结果表明:降低Cu含量,有利于减少2219铝合金基体内的残余结晶相,并有效抑制在合金焊接过程中粗大Al_2Cu相的析出,使基材和焊件的伸长率显著提高,强度略有下降;Cu在铝基体中形成Al_2Cu相诱导合金发生局部腐蚀,使材料的耐腐蚀性能变差,降低Cu含量能够减小合金的腐蚀倾向,改善合金的耐腐蚀性能。

时效热处理消减2A02铝合金淬火残余应力的微观机理

将2A02铝合金进行500℃/2 h固溶淬火处理后的不同温度及时间的时效热处理,结合压痕硬度法及透射电镜精细结构分析,研究2A02铝合金时效前后的组织和相演化及与残余应力变化的关联性。结果表明,170℃时效处理时,随着时效时间的延长,2A02铝合金表面淬火残余应力的消减效果越好,当时效时间达到16 h时,残余应力消减程度最为显著,可达原淬火残余应力的42.9%,而190℃时效热处理后淬火残余应力消减不明显。进一步的组织分析表明,170℃时效时,随着时效时间的延长,针状S'(Al2Cu Mg)相的数量增多且不断长大粗化,S'相产生的共格应力场与淬火残余应力叠加,达到消减淬火残余应力的目的;而190℃时效热处理后S'相的数量极少,使得样品表面淬火残余应力消减并不明显。

强磁场对Al-40%Cu合金中Al_2Cu析出相的影响

在10T强磁场下进行了Al-40%Cu(质量分数)合金重熔凝固实验,并用金相分析方法研究了磁场对凝固组织的影响。实验结果表明,Al-40%Cu合金在10T强磁场中凝固时,析出相A l2Cu形成与磁场方向成一角度的规则排列的平面层状组织。理论分析认为:由于Al2Cu晶体在不同方向的磁化率不同,在磁场中受到磁力矩的作用而转动,晶体的易磁化轴转到能量最低的方向。且在强磁场中,Al2Cu晶粒之间的磁相互作用已达到液态分子间相互作用力的数量级,由于磁相互作用,相邻Al2Cu晶粒相互靠近,并在易磁化方向聚合生长,从而形成规则排列的平面层状组织。

超声铸造2219铝合金的固溶工艺和Al_2Cu相的演变

超声辅助铸造技术能明显提高合金的性能,合理的固溶处理能更好地发挥超声铸造铝合金的优越性,进一步提高合金性能。本文采用DSC,SEM,EDS和XRD等研究超声铸造2219铝合金的固溶工艺及在固溶过程中Al_2Cu相的演变规律。结果表明:超声铸造2219铝合金中依然存在大量非平衡凝固共晶组织,其中主要第二相为Al_2Cu相,其过烧温度为551.96℃;在固溶过程中第二相的形态和数量不断变化,而固溶温度对第二相的影响更为显著;该合金较合理的固溶工艺为545℃/2 h。

基于DSC分析的Al-7Si-1.5Cu-0.5Mg合金热处理工艺研究

示差热(DSC)分析通常用于合金相变温度点的确定。针对Al-7Si-1.5Cu-0.5Mg合金,将DSC吸收峰面积与θ相(Al_(2)Cu)的数量相联系,并辅之以SEM+EDS对DSC分析结果进行检测。结果表明,500℃下固溶4 h后DSC吸收峰面积从铸态的0.6 J/g降低至0.1 J/g,且随着固溶时间的增加,吸收峰面积无明显变化,与扫描电镜下对θ相溶解检测结果一致。均说明了在500℃下保温4 h后Al_(2)Cu基本溶入基体中,达到了良好的固溶效果。证明了示差热(DSC)可用于检测相的固溶程度,亦证明其具有进一步应用于热处理工艺制定的可行性。

Sc在Al-Cu合金中的作用研究进展

鉴于Al-Cu合金具有优异的综合性能,综述了国内外Sc及Sc与其他元素联合添加在Al-Cu合金中作用的研究进展,包括添加Sc或联合添加Sc与其他元素后,Al-Cu合金晶粒大小、物相组成及分布、物理力学性能等的变化,分析讨论了在未来进行相关研究时的注意事项及需要进一步研究的内容。

Al-Cu合金热裂倾向性评价

本文采用树脂砂型,开展了Al-Cu合金热裂倾向性试验,分析了试样热节处金相组织、热裂纹萌生时的温度和收缩力变化。结果表明,Cu含量小于5wt.%时,随着Cu含量升高,平均晶粒尺寸减小,靠晶界处析出呈连续网状分布的θ相增多,热裂倾向性减小。随Cu含量升高,热裂纹初始萌生温度降低,裂纹萌生时的固相体积分数先升高后降低。提出用热裂纹初次萌生时的温度减去完全凝固时的温度与合金结晶温度区间的比值判定Al-Cu合金热裂倾向性。该值越小,合金的热裂倾向性越小。

Al-Cu互连导线侧壁孔洞形成机理及改进方法

侧壁孔洞缺陷是当前Al-Cu金属互连导线工艺中的主要缺陷之一。此种缺陷会导致电迁移,从而降低器件的可靠性。缺陷的产生是由于在干法等离子光刻胶去除工艺过程中,θ相Al2Cu在Al晶界聚集成大颗粒,并且在随后的有机溶液湿法清洗过程中原电池反应导致Al被腐蚀而在互连导线侧壁生成孔洞。通过对光刻胶去除工艺温度以及湿法清洗工艺中有机溶液的水含量控制可以抑制这种缺陷产生,从而减少电迁移,并且提高芯片的可靠性。

合金成分和冷却速率对Al-Cu合金凝固过程中初生Al_2Cu相生长形貌的影响

对Al-x Cu(x=30,40,45,50,质量分数,%)合金凝固组织进行了系统的观察.结果表明,随合金中Cu含量由30%(质量分数,下同)增加到50%,合金中初生Al_2Cu相形貌由枝晶状逐渐转变为棱面状,表明Al_2Cu相的生长方式由非小平面生长转变为小平面生长.冷却速率对初生Al_2Cu相生长形貌具有重要影响,冷却速率较低时,初生Al_2Cu相为规则的棱面状;随着冷却速率增大,初生Al_2Cu相逐渐转变为不规则的非棱面状,表明Al_2Cu相的生长方式由小平面生长转变为非小平面生长.对凝固过程中初生Al_2Cu相形貌转变研究发现,Cu含量为45%时,初生Al_2Cu相形貌由枝晶状向方形转变;Cu含量增加到50%时,初生Al_2Cu相形貌由枝晶状转变为网状.

凝固速率跃迁对定向凝固Al-40%Cu过共晶合金初生Al_2Cu相的影响

采用高温度梯度定向凝固装置进行了Al-40%Cu(质量分数)过共晶合金的定向凝固实验,研究了凝固速率跃迁过程中的凝固组织演变.结果表明,当定向凝固速率从10μm/s跃迁减速到2μm/s时,由于固/液界面附近的液相成分向共晶点成分变化以及耦合共晶组织的界面生长温度高于初生Al_2Cu相的界面生长温度,合金凝固组织从初生Al_2Cu枝晶和Al/Al_2Cu共晶组织转变为全耦合层片共晶组织.组织转变过程中,板条状的初生Al_2Cu相先分解成小尺寸的初生相,然后小的初生相逐渐被共晶组织所取代,这种组织转变是凝固界面前沿液相中溶质扩散不足造成的,而不是由合金中存在的热及溶质对流引起的.在初生相生长形态中,由于凝固速率跃迁引起的界面前沿液相中Cu成分富集,造成凝固界面生长温度升高,Jackson因子α变小,Al_2Cu初生相由小平面相向非小平面相转变.

Ce、Cu含量对Al-Cu-Ce合金组织与性能的影响

为了开发含Ce铝合金,采用挤压铸造工艺制备了不同Ce含量的Al-Cu-Ce合金,研究了Ce、Cu含量对Al-Cu-Ce铸造铝合金微观组织与力学性能的影响。结果发现,在低Ce含量的Al-Cu-Ce合金中,随着Ce含量增加,合金常温和高温性能均降低,铸造性能改善,Cu和Ce反应形成了共晶Al_8Cu_4Ce相,Al_2Cu相的数量减少,固相线温度提高。在高Ce含量的Al-Cu-Ce合金中,Cu和Ce反应形成了初生和共晶Al_8Cu_4Ce相,初生Al_8Cu_4Ce相因密度大造成偏析。当Cu、Ce的含量分别为14%、5%时,经T6处理后,室温抗拉强度和伸长率分别为368MPa、3.0%,在350℃时抗拉强度和伸长率分别为78MPa、19%。

铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律

为解决2219铝合金微观组织粗大、第二相分布不均的问题,开展了对铸态2219铝合金热压缩变形组织演变规律的研究。研究结果表明,经热压缩变形后,铸态2219铝合金组织中粗大的晶粒及连续网状分布的残余结晶相被打碎,经热处理后形成了均匀的再结晶组织。随着变形温度的升高,晶粒组织粗化,但Al2Cu相的分布更细小、均匀;随着变形量的增大,晶粒组织逐渐细化,晶粒大小分布也更均匀,且Al2Cu相也随变形量的增加破碎得更充分,分布更细小、均匀。在大直径铸锭锻造开坯过程中,为了获得Al2Cu相细化分布的组织,变形温度应控制在420℃以上,单次变形量不应低于50%。延长锻后保温时间不会显著影响材料的显微组织,因此,在锻造开坯过程中,为了保证合理的变形温度区间,可以采用回炉加热多火次锻造的方式。

9 m级2219铝合金整体环组织特性及性能分析

对9 m级2219铝合金整体环的组织特性及力学性能进行了全面分析,分析结果表明,9 m级2219铝合金整体环的力学性能均达到了美国宇航标准AMS 4144F的要求,但需要改善显微组织结构和析出相分布状态,进一步提升整体环综合性能。经锻造开坯后,铸锭中网状Al2Cu相得到了很大程度的破碎,锻后晶粒尺寸为100-200μm,环轧变形后,晶粒沿环向被拉长,晶粒尺寸为200-400μm,在轧制变形过程中晶粒产生了粗化;在拉伸变形过程中硬脆Al2Cu相容易割裂基体从而产生裂纹源,是导致材料径向和轴向伸长率偏低的主要因素。