累积叠轧和电沉积工艺制备Al/Cu复合材料及其组织和力学性能研究

来源 :兰州理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LargeSSky
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电沉积作为一种常见的金属表面处理技术,是利用电解原理在某些金属表面沉积一层其他金属或者合金薄膜,所得沉积层与基体结合牢固且沉积层厚度较为均匀。累积叠轧(ARB)技术作为一种大塑性变形技术,所制备的复合材料组织得到细化、力学性能大幅度提高。本文将电沉积和ARB技术结合起来,利用电沉积技术在退火1060铝板表面分别电沉积0分钟、8分钟、60分钟铜层,随后将表面电沉积铜层的铝板组合堆叠进行ARB,制备了性能优异的Al/Cu复合板,同时对不同电沉积时间复合板进行相同的固溶处理。重点研究了电沉积时间、铜层尺寸和形态、界面结合质量、相成分以及热处理等因素对复合材料微观组织和力学性能的影响。另外通过室温拉伸、高温拉伸、硬度实验对复合板不同道次的力学性能进行测试,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪对复合板的组织、界面结合、断裂机制进行分析研究。将电沉积时间分别为0分钟、8分钟、60分钟铝板组合,经过ARB后成功制备界面结合质量较好的Al/Cu复合板。随着ARB道次的增加,铜层厚度逐渐减薄且发生颈缩断裂,最后形成破碎的小颗粒。各道次界面扩散层厚度没有明显变化,复合板断裂机制为典型的韧性断裂。与电沉积0分钟铝板ARB后所得复合板相比较,电沉积8分钟、60分钟后A R B所得复合板整体力学性能更加优异。将电沉积8分钟和60分钟铝板ARB后的各道次试样进行固溶处理,电沉积60分钟铝板ARB所得复合板其强度和塑性都明显优于电沉积8分钟铝板ARB所得复合板。固溶处理增强了结合面原子的扩散,提高了界面结合强度。同时在固溶处理过程中,产生了Al Cu、Al4C u 9、A l C u3和Al2C u相。电沉积60分钟铝板ARB所得复合板4道次试样,经过固溶处理后,在120℃、200℃、250℃、300℃进行高温下的力学性能研究。复合板断裂方式为典型的韧性断裂,断口界面结合处结合状态良好。拉伸温度大于200℃时,晶粒延轧制方向明显长大,在晶界和结合界面处出现少量再结晶晶粒。当拉伸温度为120℃时,复合板强度及延伸率都有所提高,抗拉强度达到225.1MPa,屈服强度达到110MPa,延伸率为21.1%。随着拉伸温度的升高,复合板强度逐渐下降,延伸率在200℃时达最大值26.0%。
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