电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响

利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明:电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。

高温退火对铸轧Ti/Al复合板界面组织与性能的影响

采用SEM、EBSD、XRD、微观硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段研究高温退火对铸轧Ti/Al复合板界面微观组织与力学性能的影响。结果表明:高温退火(550℃)过程中,Ti基体的微观组织几乎不发生变化,Al基体在退火1 h时全部发生再结晶并开始长大;退火过程中,界面处的扩散层逐渐变厚,并在15 min时生成第二相TiAl_(3),在1 h时第二相TiAl_(3)连接成片,Ti/Al复合板界面的结合强度迅速下降。退火30 min时,铸轧Ti/Al复合板界面的结合强度达到最大值,约为23.6 N/mm;退火1 h时,铸轧Ti/Al复合板的抗拉强度和伸长率达到峰值,分别为236 MPa和27.6%,均高于铸轧态。

用Al-Ti-Al合金钎料复合板钎焊钛的研究

介绍了用Al－Ti－Al合金金属复合板钎焊工业纯钛的研究结果。这种金属复合板是采用特殊的轧制复合工艺加工而成的。复合板的两个外表面包含一层0．1mm厚的Al合金钎料，其中间夹层是0．4mm厚的工业纯钛板。在本实验中用这种复合板替代传统单一的Al合金钎料薄片来钎焊钛的蜂窝结构，其结果是简化了钎焊工艺，使焊点更加均匀。同时还研究了焊缝的剪切强度，宏观和显微组织。并比较了用单一Al合金钎料薄片钎焊和用该复合板钎焊焊缝的剪切强度。结果表明，用该复合板钎焊的焊缝具有足够高的剪切强度，可达76MPa以上。

固溶处理冷却方式对Cu/Al复合板界面微观组织的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等手段研究了冷却方式(水冷、空冷和炉冷)对Cu/Al复合板界面微观组织的影响,利用显微硬度仪测试了冷却方式对铸轧Cu/Al复合板力学性能的影响。实验结果表明:铸轧复合板界面形成Al2Cu、AlCu、Cu9Al4、AlCu3四种金属间化合物,经500℃×2 h固溶处理后,界面扩散层厚度增加,形成Al2Cu、AlCu、Al2Cu3、Cu9Al4、AlCu3五种金属间化合物。水冷和空冷界面扩散层产生孔洞,炉冷孔洞基本消失,解释了孔洞形成原因及变化过程,孔洞等缺陷会削弱界面层的结合强度。铸轧复合板界面扩散层厚度小、硬度低;经固溶处理后,界面扩散层厚度和硬度均增加,并随冷却速度的减小,厚度和硬度进一步增加。剥离过程中,铸轧复合板靠近Al基体断裂,而经固溶处理后的复合板断裂在界面扩散层。随冷却速度的下降,裂纹扩展能力减弱,过厚的金属间化合物不利于复合板的结合。

轧制参数对钛/铝轧制复合板的结合强度和剥离面SEM形貌的影响

研究了钛/铝的轧制复合工艺对轧后结合强度和剥离面形貌的影响。试验结果表明,钛的变形程度是控制结合强度和剥离面形貌的主要因素;轧制时铝的温度对结合也有重要的影响。在钛和铝的热轧复合中并存着3种结合机制。

铜/铝/铜轧制复合板的退火工艺研究

研究了低温长时间和高温短时两种退火工艺对铜／铝／铜轧制复合板的成型性能及界面结合强度的影响，讨论了退火强化现象没有出现的原因。结果表明，退火处理不能提高铜／铝／铜轧制复合板的结合强度，只能改善复合板的成型性能。铜／铝轧制复合板宜采用高温短时退火制度，退火温度选择580～625℃，时间控制在10min以内，此工艺得到的铜／铝轧制复合板综合性能最佳。

异步轧制铜/铝双金属复合板变形行为的研究

采用异步轧制复合工艺制备了铜/铝双金属复合板,分析了轧制工艺参数对复合板变形行为的影响,结合轧制变形区金属受力状态探讨了复合过程中的金属变形及流动规律.结果表明:异步轧制变形区内界面摩擦剪切作用直接影响母材的受力状态,共同变形区内双金属间的搓轧作用对金属流动及结合效果影响最大.异步速比越大,硬质金属变形越大.总压下率增大时,组元金属压下率均呈正比关系增加,且软、硬两种金属的压下率差值越来越小.

铜铝薄板轧制复合工艺

针对电子、散热等器件对铜铝复合材料的需求,开发了铜铝薄板复合轧制技术,采用实验方法对轧制复合工艺进行了优化.研究了铜铝复合薄板轧制厚比的变化规律,并通过不同的退火工艺,研究了铜铝轧制复合界面变化过程.结果表明:铜铝复合临界轧制压下率随铜厚比例的增加而减小,铜铝组元压下率与总压下率之间成正比关系,随着轧制压下率的增大,各组元压下率也成增长趋势.退火处理可以提高薄板的弯折性能,但当温度过高时,在铜铝界面会产生脆硬的金属化合物,严重影响铜铝复合板的结合强度.

铝／铜轧制复合板的界面结合机制

研究了Ａｌ／Ｃｕ的复合工艺参数对轧后结合强度和剥离面形貌的影响，提出了Ａｌ／Ｃｕ复合过程的３种结合机制，即三阶段模式：铝、铜新鲜表面的物理接触阶段，接触表面的激活阶段，扩散阶段，这为改进工艺提供了重要依据。

铜/铝复合板界面化合物生长规律和导热性能

利用热处理工艺模拟实际服役工况,通过扫描电镜(SEM)、EBSD和XRD分析铜/铝复合板经不同热处理温度和时间后,结合界面处金属间化合物(IMCs)的组成、结构和生长规律,建立生长模型,并测定铜/铝复合板的热扩散系数,研究铜/铝复合板界面组织结构特征与导热性能之间的关系。结果表明:IMCs层厚度随热处理温度和时间的增加而增加;热处理温度超过500℃时,界面层出现Al4Cu9、AlCu、Al2Cu3和Al2Cu 4种IMCs;界面IMCs厚度与时间呈幂函数关系,各层生长速率与温度之间满足Arrhenius关系;随着IMCs厚度的增加,铜/铝复合板的热扩散系数下降,导热性能下降。同时,研究结果为优化铜/铝复合板制备工艺和建立应用准则提供理论基础和科学依据。

加热温度对型孔轧制法制备钛/铜复合棒结合强度的影响

研究了温度对钛/铜复合棒型孔轧制时结合强度的影响。实验结果表明,最佳的加热温度是750～820℃。在此温度范围内得到的钛/铜复合棒的结合强度要大于铜的拉伸强度;同时研究还表明:在轧制复合过程中存在着两种结合机理。

退火温度对铜/铝/铜复合板结合性能的影响

采用冷轧复合法制备Cu/Al/Cu 3层复合板,研究不同退火温度对Cu/Al/Cu复合板结合性能的影响。采用光学显微镜(OM)及扫描电镜(SEM)观察界面过渡层的微观组织形貌,采用EDX分析界面物相成分,采用室温拉伸实验检测结合界面的结合强度。结果表明,退火温度越高,界面扩散层越明显,扩散层厚度越大,增长的速度越快;随着温度升高,复合界面处生成金属间化合物Cu_9Al_4、CuAl_2和CuAl。退火温度达到550℃时,界面层还会生成Cu_4Al_3和Cu_3Al_2。界面的结合强度随着退火温度的升高先上升后下降,最后趋于稳定。冷轧复合法制备的Cu/Al/Cu复合板最佳退火温度为350℃。

铜铝层状金属的研发与应用

铜铝层状复合金属板(clad metal sheet,CMS)材料集成了铜与铝的优良性能。其综合导电率高于铝合金,密度小于铜,界面为冶金结合层,可以有效避免导电状态下铜铝双金属搭接部位的腐蚀问题。在动力电池、储能电站、光伏发电、电力、电子、通讯器件、LED照明、建筑装饰面板、热沉材料等领域具有广泛的应用。介绍了铜铝CMS材料的主要产品形式,展示并展望了铜铝CMS材料的主要应用场景,提出了生产环节与研究机构值得关注的研究方向,概括了该材料大规模产业化与应用过程需要注意的若干问题。

退火温度对铸轧成形宽幅层状铜-铝复合板界面组织及力学性能的影响

采用铸轧法获得宽幅层状铜-铝复合板,并研究了不同退火温度对铜-铝复合板界面组织和力学性能影响,探讨了界面金属间化合物作用机理,结果表明:退火温度越高,界面扩散越明显,金属间化合物越多;铜基体界面处率先生成Cu_9Al_4,铝基体界面处率先生成CuAl_2,随着铜、铝元素扩散会有CuAl生成;界面层硬度高于其它位置,由于基体软化和金属间化合物的共同作用;300℃退火铜-铝复合板界面组织和力学能性能最佳,扩散层厚度13.63μm左右,抗拉强度101.9 MPa,伸长率32.0%。

铜/铝/铜复合板异步轧制变形行为有限元分析

采用ANSYS/LS-DYNA软件建立了铜/铝/铜复合板异步轧制成形弹塑性有限元模型,将有限元模型仿真结果同实际轧制实验结果进行对比,证明有限元模型的准确性。通过对异步轧制变形区进行分析和研究发现,在相同条件下,与同步轧制相比,异步轧制可以有效地减小轧制正应力,并增大后滑区摩擦应力;异步轧制搓轧区可以促进复合板结合界面的金属流动,在其他轧制条件相同的情况下,压下率越大,搓轧区越小,异步速比越大,搓轧区越大;靠近快速辊一侧结合界面铜板的等效应变要大于靠近慢速辊一侧结合界面铜板的等效应变,中间铝板的等效应变大于两侧铜板。随着异步速比的增大,复合板结合界面上两种金属的等效应变的差距逐渐缩小,变形将会更加协调,有利于增强复合板的结合强度。整体研究对铜铝复合板制备工艺的优化提供了理论依据。