激光烧结原位合成Cu-Al合金组织结构及性能研究

针对铜铝粉末坯体,以激光高能束为热源引发铝热放热反应,原位合成硬质增强相Al_(2)O_(3),烧结制备了Cu-Al合金,研究了铜铝成分配比对合金体系微观组织和性能的影响。结果表明,Cu-Al合金组织是由硬质增强相Al_(2)O_(3)和基体CuAl_(2)、AlCu_(4)、Al_(4)Cu_(9)等金属间化合物构成的多相结构;合金显微组织具有丰富的树枝晶,且随着铝含量增加,组织均匀细化程度提高;在一定范围内,增加铝含量有助于提高烧结产物致密性;当铜铝质量比为33.2∶66.8时,烧结产物的孔隙率最低(10.57%)、显微硬度值最高(373HV)、磨损性最佳(磨损率0.137 g/mm^(2))。

Cu-Al合金内氧化工艺及动力学的研究

对 Cu- Al合金的内氧化工艺及其动力学进行了系统研究。结果表明 :本实验条件下以 12 2 3K,0 .5 h内氧化工艺所得材料的性能最佳 ,其显微组织特征是 Cu基体上均匀弥散分布着纳米级 γ- Al2 O3粒子。理想条件的内氧化初期和实际条件下的内氧化动力学曲线服从抛物线规律。温度、时间、Cu- Al合金粉颗粒半径和 Al浓度是实际内氧化控制的 4要素 ,它们间的函数关系近似满足下式 :t=6 .79R2 CBexp(2 32 5 1/T)。实际内氧化时间不宜过长 ,内氧化温度应该 :112 3K<T≤ 12 2 3K。

Cu-Al合金内氧化的热力学分析——Ⅰ热力学函数

对Cu-Al合金内氧化的热力学条件进行了分析,绘制了内氧化的热力学条件区位图。结果表明:区位图中择优氧化区位很大,范围由上、下限氧分压确定,其中:=(max)O2lgP(17 611/T)+12.91,=(min)O2lgP(55 830/T)(4/3)lg[%Al]+19.95,但实际的内氧化区位是靠近上限2OP的1个很小区域;溶度积spK和残余Al浓度都是极小量,内氧化可进行得很彻底;内氧化控制中温度和氧分压的调节必须同步;理想的内氧化工艺条件应是:采用1 223 K左右的高温,介质中的氧分压力求接近或等于上限2OP;为了避免氧化,降温过程宜采用通H2急冷的方法。

Cu-Al合金内氧化的热力学分析——Ⅱ热力学函数的应用

这是《Cu-Al合金内氧化的热力学分析》一文的第Ⅱ部分。对Cu-Al合金内氧化的热力学条件进行了分析,绘制了内氧化的热力学条件区位图。结果表明区位图中择优氧化区位很大,范围由上、下限氧分压确定,其中=maxO2lgP(17611/T)+12.91,=minO2lgP(55830/T)(4/3)lg[%Al]+19.95,但实际的内氧化区位是靠近上限2OP的一个很小区域;溶度积spK和残余Al浓度都是极小量,内氧化可进行得很彻底;内氧化控制中温度和氧分压的调节必须同步;理想的内氧化工艺条件应是采用1223K左右的高温,介质中的氧分压力求接近或等于上限2OP;为了避免氧化,降温过程宜采用通H2急冷的方法。

低铝含量Cu-Al合金的表面弥散强化及其性能

以Cu2 O为氧化剂,在氩气保护下用内氧化技术对不同低Al含量的Cu Al合金表面进行了弥散强化处理(内氧化温度为112 3～12 73K ,保温时间10～96h) ,研究了硬化层的组织形貌及性能。用Wagner高温氧化理论分析了铝含量、工艺参数与内氧化层深及内氧化速度之间的定量关系。结果表明:试样表面通过内氧化后,固溶在Cu基体内部的Al以Al2 O3形态从基体析出,基体纯化,导电率提高。同时铜基体中弥散分布的纳米级的Al2 O3颗粒强化了铜基体,使硬度及磨损抗力提高。Al含量的多少直接影响内氧化层的厚度、组织形貌及硬度和导电率,Cu Al合金的内氧化动力学曲线呈抛物线变化规律。

Cu-Al合金平板试样内氧化层的测定

以Cu2O为氧源,采用包埋法在自制真空炉胆内进行了Cu-Al合金平板试样的内氧化试验,测定了内氧化层深度和试样的电导率,建立了平板试样内氧化后Cu-Al合金层和弥散强化层共存下的电导率模型,推导出Cu-Al合金平板试样的内氧化深度X和电导率!的关系:!=41.18+0.541 333 2!3X-4X2"。结果表明,内氧化后在试样横截面上有一条明显的界线,分界线的深度测定和电导率测定结果与公式计算结果吻合得较好,证明此界线即为内氧化的前沿界面,在显微镜下可测量出内氧化层的深度。

Cu-Al合金贝氏体相变热力学

对x_(Al)=0.24合金贝氏体相变的两种机制的相变驱动力ΔG^(p_1→a’)及ΔG^(β_1→β_2^(+a))进行了热力学计算,结果表明,在贝氏体相变温度范围680—750K内,ΔG^(β_1→α’)>0,这说明贝氏体相变的开始不可能按β_1→α’的切变型机制进行,在700K只产生5%的α时,α的成分至少降到x_(Al)~α=0.204,才能使ΔG^(β_1→β_2^(+α))<0,而在750K,则至少需满足x_(Al)~α≤0.209,才有ΔG^(β_1→β_2^(+α))<0,说明贝氏体相变须按β_1→β_2+α扩散型机制进行,且转变温度不同,所需扩散量也不同。

Cu-Al合金粉末烧结过程的致密化和内氧化研究

研究了一种新型简化内氧化工艺制备Cu-Al2O3复合材料烧结过程中的致密化和内氧化.结果表明,混合粉末压制成形后的压坯密度随烧结时间延长而增加,经950℃烧结8h后稳定在7.96g/cm^3左右,较烧结前密度增幅达4.3%;同时Cu-Al合金颗粒完成了内氧化,生成了大量粒状的Al2O3并弥散分布于铜基体,其粒径约为5～20nm,颗粒间距约为25～60nm.理论计算表明,当Cu-Al合金颗粒间孔隙直径小于27.5μm时,粉末压坯发生收缩,密度增加;当孔隙直径大于27.5μm时,压坯发生膨胀,密度降低.实际上密度的变化是收缩和膨胀两种效应综合作用的结果.

Cu-Al合金内氧化热力学与动力学研究

研究了Cu-Al合金内氧化热力学与动力学。热力学计算结果表明,Cu-Al合金内氧化在热力学上是可行的,并绘制了合金内氧化热力学区位图。经氧化实验获得Cu-1.0%Al合金氧化增重图。Cu-1.0%Al合金快速氧化的温度区间为700～900℃。铜基复合材料的导电率、硬度和密度均随着内氧化温度升高而增大。当内氧化温度超过900℃以后,材料的性能变化趋于平缓。

固态Cu-Al合金中Al活度的测定

用固体电解质电池在1000℃下研究了固态Cu-Al二元系中Al的活度,Al的摩尔分数为0.0234到0.327。

利用SPS烧结Cu-Al合金去合金化制备多孔铜工艺研究

金属多孔材料由于兼具结构材料和功能材料的特性,在催化、过滤、热交换、燃料电池、传感、储能和生物电化学等方面有着广泛的应用前景,是近些年来的研究热点。目前多孔金属的制备面临着所得材料孔径较大且分布不均的问题,这使其使用场合受到限制。因此,制备孔隙较小且分布均匀的多孔铜具有重要意义。本实验对Cu15Al85、Cu30Al70成分原料进行放电等离子烧结,烧结温度400℃,烧结压力分别为10 MPa、20 MPa和30 MPa,制备出两种Al-Cu合金前驱体。前驱体随后在0.5 mol/L、1.0 mol/L和1.5 mol/L三种不同浓度盐酸中进行去合金化,获得的多孔铜材料成分、形貌、微观结构等利用扫描电子显微镜、能谱仪进行观察和分析。研究表明,Cu15Al85原料粉在30 MPa烧结压力下获得的前驱体外观体积最小,材料最致密,随后的去合金化速率最小;1.5 mol/L的盐酸对Cu-Al前驱体中Al的去除率最高,且表现出最快的腐蚀速度;同一盐酸浓度下去合金化,Cu15Al85比Cu30Al70体现出更低的腐蚀速率,获得孔隙尺寸较大且孔隙率较高的多孔铜。

磁控溅射制备Cu-Al合金薄膜及光吸收性能研究

为使沉积态Cu-Al合金薄膜有显著的表面等离子体共振(SPR)吸收峰,采用磁控溅射法分别制备了纯Cu、纯Al和Cu-Al合金薄膜,并采用X射线衍射仪、紫外-可见分光光度计对其物相和光吸收性能进行了测试。结果表明,不连续的较薄Cu膜在沉积态下可观察到540 nm处的吸收峰,较厚的Cu膜通过在400℃下进行1 h热处理可在400 nm处获得微弱的吸收峰。沉积态的Al膜在可见光范围内无吸收峰,在热处理后,不连续的较薄Al膜可获得580 nm处的吸收峰,而较厚Al膜通过长时间热处理后可获得730 nm处的吸收峰。共溅射制得的较薄Cu-Al合金薄膜无须经过热处理,即可在可见光范围内获得吸收峰。

金属铟提高Cu-Al合金抗失泽能力机理的研究

本文采用常规腐蚀试验与电化学试验方法以及金相、X射线衍线、电子探针等分析方法研究了含铟的Cu-Al合金在人工汗液中抗失泽能力的机理。结果表明,铟能细化合金的晶粒,并使合金呈现均匀腐蚀,减弱合金的择优取向;合金中存在富铟偏析相,这些相影响合金的失泽行为。

加热温度对淬火态Cu-Al合金电阻率的影响

采用电阻率测试仪研究了加热温度对淬火态Cu-Al合金电阻率的影响。结果表明,在25~380℃范围内,Cu-Al合金的电阻率随着温度的升高而增大;当温度从380℃升至473℃时,合金的电阻率变化不大,而随着温度的进一步升高电阻率再次增大。对上述合金电阻率随加热温度的变化进行了初步分析。

集成电路用纳米晶Cu-Al合金的制备及其结构、性能分析

采用大塑性变形法(SPD)制备出了集成电路用纳米晶材料,同时利用透射电子显微镜(TEM)及电子万能试验机对不同SPD方法生产的Cu-Al合金进行微结构分析及拉伸性能试验。结果表明:层错能是影响纳米晶Cu-Al合金微观结构与拉伸性能的关键性因素,纳米晶Cu-Al合金的微观结构形成机制,平均晶粒尺寸以及强塑性匹配程度均随着层错能的降低而发生改变。

4GPa压力热处理对Cu-Al合金组织和硬度的影响

采用金相显微镜、扫描电镜(SEM/EDS)及X射线衍射仪(XRD)分析了经4 GPa压力热处理前后Cu-Al合金的组织,并对其硬度进行了测试。结果表明,4 GPa压力能细化Cu-Al合金的组织,提高合金的硬度,但并未导致新相形成。

淬火处理对Cu-Al合金热膨胀性能的影响

利用膨胀仪测试了Cu-Al合金在25～700℃的热膨胀系数,探讨了淬火处理对Cu-Al合金热膨胀性能的影响。结果表明:淬火处理能改变Cu-Al合金的热膨胀系数,Cu-Al合金淬火处理后的热膨胀系数在290～408℃时小于铸态Cu-Al合金的热膨胀系数,其余温度区间均大于铸态Cu-Al合金的热膨胀系数。

强塑性变形下Cu-Al合金材料的结构及性能分析

本文将主要探讨和分析现在的强塑性变形下的Cu-Al合金材料的组成结构和其相关的性能。通过对不同方式塑性法合成的Cu-Al合金所具备的结构和其可以做到的拉伸性能进行对比研究。通过上述的研究结果表明在Cu-Al合金中其存在的错层将是影响其相应特性的决定性因素。错层发生改变的时候其合金内的平均晶粒的大小和其所具备的拉伸性能也会随着改变。

固溶时效处理对Cu-Al合金机械性能的影响研究

以Cu-Al-Ni-Fe-Mn为研究对象,在固定固溶处理温度为900℃、固溶时间为1 h的条件下,通过改变时效处理温度,研究了不同时效处理温度对Cu-Al合金性能的影响。采用洛氏硬度计、SEM、电子万能试验机等对铜铝合金的洛氏硬度、微观形貌和力学性能等进行了分析。结果表明,随着时效处理温度的升高,Cu-Al合金的硬度、抗拉强度和断裂延伸率均先升高后降低,当时效处理温度为550℃时,Cu-Al合金的硬度达到了最大值45.2 HRC,抗拉强度和断裂延伸率分别达到最大值895.8 MPa和2.38%,时效处理效果最佳。形貌分析可知,随着时效处理温度升高到550℃,Cu-Al合金的硬质相和第二相粒子增多,沉淀强化的效果增强,且断口形貌的韧窝加深,位错滑移的难度增加,从而使Cu-Al合金的力学性能得到了显著改善。综合可知,Cu-Al合金的最佳时效处理温度为550℃。

纳米晶Cu-Al合金材料的制备及结构、性能分析

本研究中采用大塑性变形法（severeplastic deformation，SPD）顺利制备出纳米晶材料，对不同SPD方法生产的Cu-Al合金进行微结构分析及拉伸性能分析。结果表明：层错能是影响纳米晶Cu-Al合金微观结构与拉伸性能的关键性因素，纳米晶Cu-Al合金的微观结构形成机制、平均晶粒尺寸以及强塑性匹配程度均随着层错能的降低而发生改变。