铜/铝硅合金冷轧复合及界面组织性能研究

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随着国民经济的快速发展,工业现代化进程的飞速前进,新型材料的诞生已成为一种标志社会生产力发展水平的重要指标,各行各业对材料的使用性能有了更高的标准,单一的金属材料在某种程度上已经难以满足工业化生产的要求。金属层状复合材料是利用不同的金属复合技术,使两种或两种以上物理化学、力学性能等不同的板材金属在界面上实现牢固的冶金结合而制备的一种新型复合材料。通过对铝基体添加含量不同的合金元素硅,分析总结不同的热处理工艺下的界面行为的变化规律,同时对不同含量的硅元素对界面组织性能的影响进行讨论,初步得出以下结论:  1、双金属冷轧复合的结合过程中,随着热处理过程的进行,界面处逐渐由物理结合过渡到冶金结合;扩散层厚度随着热处理温度的升高和保温时间的延长呈现明显的增长趋势;通过不同条件下的扩散层厚度的测量结果验证了扩散层增长的动力学曲线的时间指数n近似等于1/2,扩散层的增长先快后慢,呈现抛物线方式;随着保温时间的延长和加热温度的升高,界面处优先于基体发生再结晶。轧制态的纤维状晶粒逐渐向片状的多边形晶粒过渡,界面处畸变能较大是造成其优先再结晶的主要原因。  2、热处理后的试样界面处显微硬度值明显高于基体两侧,随着热处理温度的升高和保温时间的延长,界面处的显微硬度值与铜、铝硅合金基体的差值明显变大,界面处数值升高,基体两侧则相对降低,造成显微硬度在界面附近变化的主要原因是基体内部的再结晶过程以及界面处生成了铜铝金属间化合物。  3、复合界面的剥离强度和剪切强度随着热处理温度的升高和保温时间的延长呈现出先增大后减小的趋势,(200~300)℃×2h界面结合效果最好,500℃×(2~4)h,界面处扩散层间均造成不同程度的裂纹破碎现象,显著降低了界面结合强度;金属间化合物的生成过程本质上是铜铝原子的扩散结果。  4、300℃×0.5h界面处只存在铜铝原子的固溶,并未有明显的金属间化合物出现,300℃×2h条件下从铜侧到铝侧金属间化合物的成分依次为Cu9Al4和CuAl2,300℃×4h界面处出现三层扩散层成分依次为Cu9Al4、CuAl、CuAl2,500℃×4h高温长时间热处理铜侧出现Cu3Al2相,CuAl、CuAl2相对较为稳定。金属间化合物的生长过程是热力学和扩散动力学共同作用的结果。不同金属间化合物标准生成自由能的差异是造成其先后出现的原因之一。  5、铜/铝硅合金冷轧复合板热处理过程中,硅元素趋向于向界面处发生偏聚,形成阻碍铜铝扩散的屏障,较短的时间有利于硅元素发挥其抑制效果。500℃保温2h以上的高温长时间热处理条件硅元素的抑制作用减弱;合金元素硅有效推迟了再结晶过程,在界面处起到了细化晶粒,改善界面处组织的作用。  6、硅元素的含量对界面结合强度的影响随着热处理条件的不同呈现出不同趋势:轧制态与高温长时间热处理条件下(400℃×2h、500×4h),界面结合强度随着硅元素的含量的增大而呈现明显的下降趋势,低温较短时间热处理条件下(200℃×2h、300×0.5h)硅元素的含量对界面结合强度的影响较小;铝基合金化元素硅能有效的提高铝侧基体的显微硬度,但对铜侧和界面金属间化合物的硬度影响不大;硅元素对界面组织性能的影响作用是双面的:在一定条件下合金元素硅的存在对金属间化合物的生长存在一定的抑制作用,而过高含量硅的存在却不利于提高界面处的剥离强度和剪切强度。
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