【摘 要】
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随着材料科学的发展,节约成本,提高市场竞争力日益成为材料研究的关注焦点。CuW/CuCr整体材料作为高压特高压开关自力型触头的主导材料,由于铜资源匮乏且价格昂贵,其发展受到限制。因此,为了满足材料科学发展的要求和实际工程的需要,在“以铝节铜”的趋势下,需要制备CuW/Al整体材料作为其替代材料。本文通过固-液熔接法制备了 CuW/Al界面扩散溶解层,研究了不同熔接工艺对整体界面的影响规律;进一步讨
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随着材料科学的发展,节约成本,提高市场竞争力日益成为材料研究的关注焦点。CuW/CuCr整体材料作为高压特高压开关自力型触头的主导材料,由于铜资源匮乏且价格昂贵,其发展受到限制。因此,为了满足材料科学发展的要求和实际工程的需要,在“以铝节铜”的趋势下,需要制备CuW/Al整体材料作为其替代材料。本文通过固-液熔接法制备了 CuW/Al界面扩散溶解层,研究了不同熔接工艺对整体界面的影响规律;进一步讨论了各子扩散溶解层的组织结构、形貌、形成过程;定量分析了界面金属间化合物的形成规律,并试图讨论其生成序列问题;揭示了 CuW/Al扩散溶解层的形成机理;利用物质吉布斯自由能函数法进行计算,选取界面微合金化的有效合金元素。通过实验分析和理论计算得出以下主要结论:（1）不同熔接工艺条件对CuW/Al整体材料界面结构影响不大,组织结构十分相似,仅在扩散溶解层厚度上存在差异。整体界面扩散溶解层又可分为四个子扩散溶解层:（a）颗粒状扩散溶解层;（b）柱状方向性扩散溶解层;（c）共晶扩散溶解层;（d）针状扩散溶解层。（2）不同熔接工艺条件下,CuW/Al界面均向CuW一侧迁移;在同一熔接温度下,界面迁移率随保温时间的延长而增大;在不同熔接温度保温相同时间时,温度越高界面迁移率越大。整体界面扩散溶解层的生长主要由界面两侧原子的界面化学反应进程决定。（3）在扩散溶解层中,主要形成了 Al2Cu、Al5W两种金属间化合物,Al2Cu及Al5W在各子扩散溶解层中所表现的形态不同。且随着保温时间的延长,Al2Cu相的相对含量呈上升趋势,而Al5W相的相对含量逐渐减少。（4）CuW/Al扩散溶解层的形成过程实际上是基体材料中合金元素在液固相下的扩散、溶解和结晶的过程。根据其固液熔接过程的几个阶段,其界面扩散连接过程对应分为:Al、Cu、W原子的物理接触阶段;Al、Cu、W原子热激活、少量扩散阶段;Al、Cu、W原子的相互扩散及扩散溶解层的形成这三个阶段。（5）扩散溶解层的硬度值明显高于两基体材料,有脆性相Al2Cu及Al5W生成;各子扩散溶解层的平均显微硬度相差较大,这与Al2Cu、Al5W相在不同子扩散溶解层中的分布、形态、数量密切相关。（6）热力学计算表明,在Al-X体系中,温度在950～1000K之间,AlB12标准吉布斯自由能最低,且B具有细化晶粒的作用,故考虑选用B作为有效合金元素。
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