铸轧法制备铜-铝-铜复合板的界面组织与性能

采用铸轧法制备了不同厚度的铜-铝-铜复合板,并分别采用拉伸试验、剥离试验、X射线衍射仪、能谱点分析(EDS)、扫描电镜(SEM)和能谱线扫描分析(EPMA)等对复合板力学性能、形貌和组成进行了检测。检测结果表明:界面层的主要组成物为α(Al)、Cu Al2、Cu9Al4。板厚从6 mm增大到14 mm时,界面层厚度和Cu、Al原子扩散程度均逐渐增加。抗拉强度从115 MPa增大到135 MPa,延伸率从25%增加至31%,剥离强度从30 N/mm增大至35 N/mm,剥离强度即为界面层结合强度。     

铜铝复合板界面组织与性能

针对双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,采用剥离试验和拉伸试验,对其力学性能进行了检测。采用扫描电镜、能谱分析仪和透射电镜等仪器对复合板界面层组织的微观形貌、结构和成分进行了分析。分析结果表明:铜铝复合板界面层的主要组成物为α-Al和Cu Al2。采用双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,其剥离强度达到30 N/mm,其抗拉强度与延伸率介于同规格铜、铝板材之间。     

矩形断面铜包铝连铸坯轧制成形导电扁排的工艺及性能

采用水平连铸直接复合成形工艺制备了断面尺寸为50 mm×30 mm×3 mm×R4 mm的铜包铝复合棒材,通过多道次平辊轧制和精整拉拔,制备了断面尺寸为60 mm×8 mm的铜包铝复合扁排,研究了合理的轧制工艺、扁排的力学和导电性能.结果表明:扁排的最终轧后宽度与侧边部开裂具有相关性,可通过轧制过程的压下量分配和轧制温度控制扁排宽度,从而防止边部开裂.合理的轧制温度为室温至200℃.在室温平辊轧制时,较为合理的轧制制度为5道次平辊轧制,第1道次压下率为20%左右,最大道次压下率为30%左右.轧后经1道次精整拉拔,可获得外形尺寸精确、表面质量良好的铜包铝复合扁排.经退火处理后,铜包铝复合扁排电阻率为2.084×10-8Ω.m,抗拉强度为122.7 MPa,延伸率为22.0%,界面剪切强度为25.9MPa.     

铜铅/钢双金属复合材料组织和粘结强度分析

采用双金属复合材料加工工艺制备铜铅/钢双金属复合材料,对复合材料金相组织、合金成分和界面处相组成进行分析,测定铜铅型轴瓦双金属复合材料的粘结强度.结果表明,专用钢背材料和铜铅合金复合,复合材料粘结强度σ为150 MPa;用08Al钢作钢背,复合材料粘结强度为85 MPa.不同钢背材料对双金属粘结强度产生不同影响,双金属界面金相组织观察和二次电子像结合能谱分析表明,铅均匀分布,未产生偏析现象,Fe原子和Cu原子互扩散而提高了双金属粘结强度.     

铜铝冷轧复合薄带热处理工艺研究

利用金相显微镜和万能材料试验机,通过界面组织观察和力学性能测试,系统研究了铜/铝/铜冷轧复合薄带的热处理工艺,并讨论了热处理工艺参数对铜铝冷轧复合薄带界面组织和力学性能的影响规律.通过研究,得出如下结论:随退火温度升高或保温时间的延长,复合带强度降低,塑性增强;退火后复合带界面宽度为2～5μm,界面有脆性化合物CuAl2,CuAl和Cu9Al4生成;410℃退火,保温10 min时复合带综合性能最佳,为复合薄带的最佳热处理工艺.     

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制. 结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al₂Cu、AlCu、Al₄Cu₉. 轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒. 8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.     

复合轧制工艺对Al/Mg复合板冶金结合层组织和性能的影响

采用AZ31镁合金和纯铝进行高温复合轧制制备镁-铝复合板,使其兼具铝的表面耐蚀性和镁合金的高比强度特性.采用金相显微镜、扫描电子显微镜和电子万能拉伸机等设备,研究了不同热轧温度及退火工艺参数对铝-镁复合界面的显微组织和结合强度的影响.结果表明：300 ℃轧制,镁-铝复合板出现严重边裂;450 ℃轧制,边裂消失;在轧制温度为400 ℃、压下率为50%、300 ℃退火2 h的条件下得到的复合板界面结合强度最大,为7.5 MPa.     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

伪半固态挤压成形制备高体积分数SiCp/Al复合材料的性能

采用伪半固态挤压工艺制备SiC体积分数为40%、50%、65%的SiCp/Al复合材料,并对其微观组织和性能进行研究.结果表明:制备的高体积分数SiCp/Al复合材料中SiC颗粒分布均匀,铝合金填充在SiC缝隙中,形成致密组织.Mg和SiO2均能改善SiC颗粒与Al的界面润湿性,增加界面结合强度.所制得的φ(SiC)=65%的复合材料密度为3.11g/cm3,表面硬度为HB 108.5,抗折强度302.1 MPa,热膨胀率低于5.6×10-6/K,热导率为74 W/(m·K);SiC与Al基体界面的破坏以脱粘机制为主.     

铜/铝异步轧制复合带的界面反应与强化机制

采用同步和异步轧制复合工艺制备铜/铝复合带,研究退火过程中的界面反应和异步轧制工艺的强化机制.利用扫描电镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,通过线扫描和电子探针分析界面元素分布,采用XRD进行界面物相分析,通过剥离和拉伸实验研究复合带的力学性能.结果表明,经400℃保温1h后界面形成具有三个亚层的扩散层组织,各亚层内元素含量存在突变;铝剥离表面检测到大量铜元素,化合物相包括CuAl₂,Cu₉Al₄,CuAl和Cu₄Al,而铜剥离表面只检测到Cu₉Al₄和Cu₄Al;异步轧制工艺可以提高界面结合强度和复合带的拉伸性能,使界面层在拉伸断裂后破坏程度降低.     

Cu-Al异种材料的感应加热焊接及其工艺研究

利用感应加热原理,使用功率为0~60 kW且连续可调的高频感应加热设备,完成Cu-Al合金板材的焊接,研究焊接件的界面形貌、元素分布及界面物相分析.分析加热电流和加热时间对界面形貌和结合强度的影响.采用ZWICK-Z050电子万能材料试验机测试界面结合强度,采用扫描电子显微镜和偏光显微镜观察界面形貌,用X射线衍射仪进行物相分析.结果表明：界面中间化合物主要为Al₂Cu,Cu₉Al₄和CuAl相,其中Cu侧主要是Cu₉Al₄和CuAl相,Al侧主要是Al₂Cu相;随着加热电流的增大或加热时间的延长,Cu-Al界面结合层由不平整变为平整,且宽度逐渐增大,同时Cu-Al界面结合强度先增大后减小.感应加热焊接试样界面结合强度可达53 MPa,结合良好.     

固相扩散Cu/Al界面研究

利用“铆钉法”制备了界面为曲面的Cu-Al扩散偶。用光学显微镜和彩色金相技术，研究了烧结过程中界面的迁移情况及其影响因素。研究表明，界面迁移过程受原子的扩散控制；温度是影响界面迁移的主要因素，保温时间是次要因素；试样烧结过程中Cu／Al界面双向迁移并且向Al侧迁移的程度较大。     

原位合成CNTs/Cu-Al2O3复合材料的性能研究

对Al的质量分数分别为0.20%,0.35%,0.60%的Cu-Al合金粉末进行内氧化,得到Cu-Al₂O₃粉末。采用化学气相沉积法在Cu-Al₂O₃粉末表面原位生长碳纳米管(carbon nano tubes, CNTs),采用放电等离子烧结工艺成功制备了CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料。采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察了CNTs/Cu-Al₂O₃复合粉末、复合材料断口的形貌。采用显微硬度计、微拉伸试验机、摩擦磨损试验机分别对纯Cu及复合材料的维氏硬度、抗拉强度、摩擦因数进行测试。采用电化学工作站测试复合材料在3.5%NaCl (质量分数)水溶液中的耐腐蚀性能。结果表明,随着Al的质量分数的增加,粉末表面合成的CNTs的数量也增多。Al的质量分数为0.35%时,CNTs/Cu-Al₂O₃复合材料的综合性能最佳,与纯Cu相比,复合材料的抗拉强度和腐蚀电势分别提高了86.4%和43.2%,分别为315 MPa和-0.268 V,摩擦因数降低了53.3%,仅为0.28。     

Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12复合晶体键合质量与激光性能研究

采用热键合技术制备了Yb:Y3Al5O12/Y3Al5O12(Yb:YAG/YAG)复合晶体。利用原子力显微镜和激光器分别对复合晶体键合界面形貌和散射情况进行了测试,结果表明Yb:YAG/YAG复合晶体无复合界面空间层,无界面散射,键合质量良好,实现了一体化。采用压力法测试得到复合晶体键合面的剪切强度为22.63 MPa。在激光二极管泵浦下,复合晶体实现了722 mW的连续激光输出,斜效率为26.7%。     

Microstructure and mechanical properties of SiC-particle-strengthening tri-metal Al/Cu/Ni composite produced by accumulative roll bonding process

In this study, a multilayer Al/Ni/Cu composite reinforced with SiC particles was produced using an accumulative roll bonding (ARB) process with different cycles. The microstructure and mechanical properties of this composite were investigated using optical and scanning microscopy and hardness and tensile testing. The results show that by increasing the applied strain, the Al/Ni/Cu multilayer composite converted from layer features to near a particle-strengthening characteristic. After the fifth ARB cycle, a composite with a uniform distribution of reinforcements (Cu, Ni, and SiC) was fabricated. The tensile strength of the composite increased from the initial sandwich structure to the first ARB cycle and then decreased from the first to the third ARB cycle. Upon reaching five ARB cycles, the tensile strength of the composite increased again. The variation in the elongation of the composite exhibited a tendency similar to that of its tensile strength. It is observed that with increasing strain, the microhardness values of the Al, Cu, and Ni layers increased, and that the dominant fracture mechanisms of Al and Cu were dimple formation and ductile fracture. In contrast, brittle fracture in specific plains was the main characteristic of Ni fractures.     

Investigation on the interface of Cu/Al couples during isothermal heating

The evolutionary process and intermetallic compounds of Cu/Al couples during isothermal heating at a constant bonding temperature of 550℃ were investigated in this paper. The interfacial morphologies and microstructures were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction. The results suggest that bonding is not achieved between Cu and Al at 550℃ in 10 min due to undamaged oxide films. Upon increasing the bonding time from 15 to 25 min, however, metallurgical bonding is obtained in these samples, and the thickness of the reactive zone varies with holding time. In the interfacial region, the final microstructure consists of Cu₉Al₄, CuAl, CuAl₂, and α-Al + CuAl₂. Furthermore, these results provide new insights into the mechanism of the interfacial reaction between Cu and Al. Microhardness measurements show that the chemical composition exerts a significant influence on the mechanical properties of Cu/Al couples.     

Microstructural characterization of Cu/Al composites and effect of cooling rate at the Cu/Al interfacial region

Cu/Al composites are of vital importance in industrial applications because of their numerous advantages. The influence of bonding temperature and cooling rate on the microstructure and morphology of Cu/Al composites was investigated in this paper. The interfacial morphology and constituent phases at the Cu/Al interface were analyzed by optical microscopy and field-emission scanning electron microscopy equipped with energy-dispersive X-ray spectroscopy. The results indicate that effective Cu-Al bonding requires a higher bonding temperature to facilitate interdiffusion between the two metals. The microstructural characteristics are associated with various bonding temperatures, which impact the driving force of interdiffusion. It is observed that cooling rate exerts a significant influence on the morphology and amount of the intermetallic compounds at the interfacial region. Meanwhile, microhardness measurements show that hardness varies with the bonding temperature and rate of cooling.     

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。     

铝铜连接的感应钎焊工艺

为使钎焊技术进一步提高,采用Zn-Al钎料对Al与Cu进行了感应钎焊连接研究,利用扫描电镜、X射线衍射和室温压剪试验等分析手段对接头的微观组织和室温剪切强度进行实验。结果表明,利用Zn-Al钎料可以实现Al与Cu的连接;接头的界面结构为Al/Al基固溶体＋Al-Zn共晶组织＋CuAl2金属间化合物/（Cu,Zn）固溶体层/Cu;在电流为340 A、时间为9 s的钎焊条件下,接头的剪切强度在室温下达到128.5 MPa。