Cu/Al复合带固-液铸轧热-流耦合数值模拟及界面复合机理

双金属层状复合带固-液铸轧成形是集快速凝固与轧制复合为一体的短流程新工艺,为揭示固相覆层金属带材与基体熔体在双辊铸轧区内的复合机理,以d160 mm×150 mm双辊实验铸轧机为对象,利用Fluent商用软件建立Cu/Al固-液铸轧复合过程二维热-流耦合计算模型,研究铸轧速度、浇注温度、铜带厚度和预热温度对熔池流场、KISS点位置与复合界面温度分布的影响规律。Cu/Al固-液铸轧复合实验结果表明,铸轧区内固-液接触区、固-半固态粘连区、固-固轧制复合区界面结合效果呈现递进式强化规律,显示出温度和轧制压力对界面复合的重要作用,对成形工艺制定具有重要的指导意义。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析（英文）

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明:从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al_2Cu)混合组织,过共晶组织[Al_2Cu+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织[α-Al+(Al_2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al_2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

Cu/Al固-液复合界面演化CLSM原位观察分析

为研究Cu/Al固-液复合界面的微观形貌及其动态演化规律,利用共聚焦激光扫描高温显微镜(CLSM)对Cu/Al扩散偶在快速加热至Al液相温度610℃及其保温过程中的固-液复合界面进行了原位观察。并结合复合界面扫描电镜和X射线能谱仪分析结果,探讨了CLSM下界面图像视觉变化与连接界面反应扩散迁移的对应关系,以及CLSM原位观察的可行性。结果表明,高温反应扩散和局部熔合是Cu/Al固-液复合界面结合的主要机制,复合层主要为Al_2Cu。且在无压力作用下,界面夹杂物和氧化层物会严重削弱界面的结合效果。     

Cu/Al复合板双辊铸轧复合界面压力分布与结合特性（英文）

双辊铸轧工艺制备双金属层复合板的力学性能和产品厚度规格与结合界面相互作用力学行为密切相关。以铸轧速度为变量,建立热流耦合模拟与界面压力分布计算模型。结果表明,随着铸轧速度的降低,界面温度降低,界面压力与出口铝侧厚度占比增大。铜带减薄主要发生在后滑移区。较高的界面压力和较长的固体/半固体接触时间使结合面充分浸润,为原子扩散提供有利条件。当铸轧速度为2.4 m/min时,扩散层宽度为4.9μm,剥离后铜侧表面被铝覆盖,铝侧发生韧性断裂,有效防止界面分层及裂纹扩展。同时,高界面压力及塑性应变下的剪切作用更显著,铝侧显微组织为细长柱状晶体。因此,结合界面实现冶金结合并细化铝侧晶粒可以使复合板获得较高的结合强度和拉伸性能。     

Cu/Al固液连接界面组织演化的定量分析

采用固-液法快冷成型制备了Cu/Al整体材料。利用SEM,EDS,XRD等分析了Cu/Al界面的微观结构和相组成,基于扩散方程并结合相图定量分析了Cu/Al界面组织演化过程。结果表明：从Cu侧至Al侧,界面依次形成了区域Ⅰ(AlCu+Al2Cu)混合组织,过共晶组织 [Al2Cu+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅱ和亚共晶组织 [α-Al+(Al2Cu+α-Al)]的区域Ⅲ;随着界面Cu浓度的变化,Al2Cu相具有不同形貌;且各个区域厚度同理论值基本一致。     

双辊铸轧工艺制备Invar/Cu复合带材及其界面结合强度（英文）

基于传统双辊铸轧工艺将固态因瓦合金(Invar)带材与熔融态铜液同时喂入铸轧机辊缝,在铸轧区高温、强压和塑性变形共同作用下,成功制备Invar/Cu层状复合带材。通过拉伸、弯曲、T型剥离及SEM、EDS测试,分析Invar/Cu复合带材的力学性能及拉伸断口和结合界面显微形貌。结果表明,折弯中覆层与基层协调变形,未出现分层现象;当界面结合强度较高时,拉伸应力-应变曲线只有一个应力平台;相反,由于Invar和Cu的力学性能差异,在等轴拉伸过程中出现界面分层现象,在两组元发生缩颈时,应力-应变曲线相应地出现两个应力平台;经800°C热处理1 h,平均剥离强度由铸轧态的13.85 N/mm提升至42.31 N/mm;并且,退火处理后Cu侧剥离界面SEM和EDS结果证明,Cu侧黏连有更多的Fe,这说明退火处理可以增强Invar/Cu复合带材的界面结合强度。     

Al/Cu双金属复合材料在液固复合铸造过程中的组织和性能（英文）

采用化学镀法在纯铜基体上镀上镍-磷镀层,并通过液固复合铸造工艺制备Al/Cu双金属材料。研究不同工艺参数(结合温度、预热时间)下Al/Cu接头的显微组织、力学性能和导电性能。结果表明,各种金属间化合物在界面处形成,其厚度和种类随结合温度和预热时间的增加而增加。Ni-P夹层发挥了扩散阻碍层和保护膜的作用,有效地减少了金属间化合物的形成。Al/Cu双金属复合材料的剪切强度和电导率随金属间化合物厚度的增加而减小,特别地,Al_2Cu相的不利影响相比其他金属间化合物更加明显。在780°C预热150 s条件下制备的试样表现出最大的剪切强度和电导率,其值分别为49.8 MPa和5.29×10~5 S/cm。     

冷轧Ti/Al层状复合材料固-液反应过程中的界面微观组织演变（英文）

将冷轧Ti/Al层状复合材料在675～750℃下进行不同时间的退火处理,退火过程中钛和铝都保持过剩,研究了Ti/Al层状复合材料的界面微观组织演变。结果表明:Ti和Al的界面层由2个亚层组成,其中一个为紧密的TiAl_3亚层,其微观结构为紧密的TiAl_3层,其中分布着随机取向的充满Al的裂纹,另一个为颗粒状的TiAl_3亚层,其微观组织结构是颗粒状的TiAl_3分布在Al基体中。在不同的退火温度和时间条件下,紧密TiAl_3亚层的厚度几乎没有变化,但是颗粒状亚层的厚度随着退火温度及时间的增加而增加;另外,界面层中的TiAl_3颗粒的体积分数在不同的温度下均随着退火时间的延长而下降。因此提出了反应扩散模型来描述界面层的形成机理,在此模型中,TiAl_3相是化学反应和扩散的结果,并且也考虑了TiAl_3相的溶解。计算结果表明TiAl_3相的形成与生长由化学反应控制,其等效厚度与退火时间之间遵循线性规律,这主要是因为Ti和Al原子能够快速地通过紧密的薄TiAl_3亚层。     

化学镀Ni-P对挤压铸造固-液复合Cu/Al双合金界面的影响

为了有效增强Cu/Al双合金界面结合效果,采用化学镀镍的方法在铜合金的表面镀厚为11μm的Ni-P层,然后采用挤压铸造工艺制备了Cu/Al双合金铸件。研究表明,与无化学镀相比,采用化学镀Ni-P层的Cu/Al双合金界面无裂缝、夹渣等缺陷,界面厚度均匀,为冶金结合。界面由3个区域组成,从铜基体一侧开始依次是：Ⅰ区域主要由Ni(Cu)固溶体组成、Ⅱ区域由Ni₃P相组成、Ⅲ区域由Al₃Ni相组成;双合金界面的剪切强度显著增大,可达28.26 MPa。     

加压条件下固-液复合法制备Cu/Al复合材料

在加压条件下采用固-液复合法制备了Cu/Al复合材料,并对复合材料界面层的硬度、抗拉强度及微观组织进行了研究。结果表明,在加压条件下固-液复合法可以制备出抗拉强度达38.24 MPa且Cu/Al复合界面结合良好的复合材料;界面层硬度显著高于两侧基体硬度;界面层靠近铜侧区域容易出现断裂现象,生成的脆性相CuAl2是造成复合材料断裂的主要原因之一。     

钢/铝固液复合铸轧研究

以双辊铸轧技术为基础,提出了一种"双金属带材固液复合铸轧技术"新工艺。此外,在现有的试验条件下,进行了钢/铝的固液复合轧制试验,最后制备出了复合板坯。对复合后板坯的结合面进行了剥离强度试验和剪切强度试验。经过对一些工艺参数的分析,得出了钢板的预热温度、轧制速度是影响该工艺路线的主要因素。另外,轧制成功的复合板抗拉强度符合使用要求,其复合板界面的结合不是很好。     

固-液和液-液反应喷射沉积法制备原位TiB_2/Cu复合材料（英文）

利用固-液和液-液反应喷射沉积法并结合冷轧和退火工艺制备原位TiB_2/Cu复合材料,对比分析该复合材料的显微组织和性能。结果表明,TiB_2/Cu复合材料的显微组织和性能主要受反应方式和轧制处理的影响。利用液-液反应法可使原位反应更充分地进行,而通过轧制和退火处理可使复合材料原始沉积坯的致密度和性能得到优化。利用液-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(401 MPa和83.5%IACS)优于利用固-液反应喷射沉积制备的轧制态TiB_2/Cu复合材料的综合性能(520 MPa和20.2%IACS)。     

热浸镀法Cu/Al液固复合的研究

采用热浸镀方法研究了助镀剂KF在热浸镀中促进Cu/Al液固复合方面的作用,并且分析了热浸镀中Al液温度、浸镀时间对冶金反应层成分和厚度的影响.结果表明,试样经过表面处理,在助镀剂中浸泡4 min,浸镀温度为720 ℃,浸镀时间为25 s时得到的复合效果最好.     

液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织性能的影响

研究液-固体积比对消失模铸造Al/Cu双金属界面组织和性能的影响,并对Al/Cu双金属界面的形成机理进行讨论。结果表明:液-固体积比为3:1时Al/Cu双金属材料无法形成有效的冶金结合,当液-固体积比超过5:1时,Al/Cu双金属材料连接区域部分位置开始发生冶金结合;在发生冶金反应的情况下,Al/Cu双金属界面面均由Al₄Cu₉层,Al Cu层,Al₂Cu层和共晶反应层4层组成;随液-固体积比增大,由于凝固时间延长和铜基体的溶解增加的共同作用,共晶反应层组织出现先粗大后细化的变化。Al/Cu界面层的硬度在140～190HV之间,未呈明显的规律性,随着液-固体积比的增大,Al/Cu双金属材料的剪切强度先增加后减小,并在在7:1时达到最大值(81 MPa),且均从金属间化合物(IMCs)层发生断裂。     

热处理对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响

研究了不同热处理方式对消失模铸造固-液复合Al/Mg双金属界面组织的影响,探索适合Al/Mg双金属铸件的热处理新工艺。结果表明,均匀化退火+空冷的热处理方式会使Al/Mg双金属界面层产生裂纹缺陷,主要由于在较快的冷却速度下,基体和界面金属间化合物的膨胀系数不同,界面处应力较大,易开裂;而均匀化退火+炉冷的方式下Al/Mg双金属界面层未产生裂纹缺陷,且在Al基体和Al_3Mg_2+Mg_2Si反应层间产生了一个由Al(Mg)固溶体+Mg_2Si组成的新扩散层。随着均匀化退火时间的增加,新的扩散层厚度不断增加,界面处Al_(12)Mg_(17)+δ-Mg共晶反应层的δ-Mg晶粒尺寸逐渐增大,镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相不断固溶到初生相中。多级均匀化退火+时效处理相比于单级均匀化退火更能使界面层的组织和成分均匀,并促使镁基体中的Al_(12)Mg_(17)相呈细小层片状析出。     

液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状,从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展,阐述了界面结合机制,并对今后研究提出建议。     

液-固双金属复合界面研究新进展

综述了液固双金属复合材料的研究现状，从复合界面成分变化、显微组织、力学性能方面介绍了高速钢和高铬铸铁复合界面研究的新进展，阐述了界面结合机制，并对今后研究提出建议。     

热压条件下 Cu／Al复合带界面扩散反应研究

研究了经冷轧复合的Cu/Al复合带在热压温度为500℃、实际压下率为0％～35％变形条件下的铜铝界面扩散反应。结果表明,在此界面扩散反应的过程中,存在晶界扩散机制。 Cu/Al复合界面扩散反应生成相次序受相变热力学和扩散动力学两方面因素共同控制,不但与各相生成吉布斯自由能有关,而且遵守通量-能量原则。虽然增加压下率对界面扩散层的生长起到一定的促进作用,但温度仍然是其主要影响因素。     

碳钢-不锈钢固-液复合铸轧的热流数值模拟

铸轧区的温度分布是影响铸轧过程的稳定性和复合带材质量的重要因素。根据流体力学及双辊铸轧技术的特点建立了数学模型,运用Fluent软件对碳钢-不锈钢固液复合铸轧进行了模拟计算,得到了不同浇注温度和铸轧速度下熔池内温度场的变化情况,分析了浇注温度、铸轧速度分别对温度场的影响情况,此模拟可预测不锈钢水凝固前沿的位置,为双辊固液复合铸轧工艺的进一步研究提供借鉴。模拟结果表明,铸轧速度对熔体温度分布的影响要大于浇注温度。当浇注温度为1 803K,铸轧速度为6m/min时可保证铸轧稳定进行。     

微焊点Cu/SAC305/Cu固-液界面反应及电迁移行为

研究了电迁移过程中Cu/Sn-3.0Ag-0.5Cu/Cu微焊点界面金属间化合物（IMC）的生长演变机制,分析了电载荷作用下固-液电迁移与固-固电迁移的区别. 结果表明,固-液电迁移过程中,随着加载时间的延长,两极IMC层厚度均增厚,且阳极IMC层厚度增长速率比阴极大;阴极侧IMC晶粒径向尺寸一直增大,轴向尺寸呈先增大后减小的变化规律,阳极侧IMC晶粒的尺寸在轴向与径向均增大;加载过程中,阳极IMC晶粒尺寸始终大于阴极;与固-固电迁移相比,固-液电迁移后,阴极侧,焊点IMC形貌更规则,且表面光滑度提高;阳极侧,固-固扩散时界面IMC晶粒形貌为多边形球状,而固-液扩散时界面IMC形貌为多边形柱状.