Conclad连续挤压法制备侧向复合型Cu/Al复合材料
发布时间：2021-09-06 13:27
通过Conclad连续挤压法,在挤压温度为500℃下制备出了界面平直度较好,界面层厚度为93μm,界面结合强度高的侧向复合型Cu/Al复合材料。对复合材料界面的力学性能、界面形貌及微观组织进行分析,可知越靠近界面处硬度越高,界面层的抗拉强度为48 MPa,复合界面层存在除铜基体和铝基体以外的金属间化合物,排序从铜基一侧到铝基一侧依次为Cu9Al4、CuAl和CuAl2。而CuAl2是一种脆性相,它的存在容易引起界面结合处出现断裂现象。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2017,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１侧向复合型Ｃｕ／Ａｌ复合材料过ＪＳＭ－５６１０ＬＶ扫描电镜及ＥＤＡＸ能谱仪对界面微观
ｕＡｌ２（θ相）、Ｃｕ４Ａｌ３（ξ相）等。图４是界面层中Ａｌ－Ｃｕ浓度分布的ＥＤＳ线扫描曲线。可以看出，其界面结合层比较均匀，且与两种金属基体良好结合。靠近Ａｌ一侧界面成比较大的波浪形，而靠近Ｃｕ一侧波浪较小，比较平缓。由Ｃｕ在Ａｌ中的扩散速率远远大于Ａｌ在Ｃｕ中的扩散速率可以推断，两种扩散速率不同的金属在界面扩散过程中形成（ａ）４００℃，低倍（ｂ）４００℃，高倍（ｃ）５００℃，低倍（ｄ）５００℃，高倍图３不同温度下挤压试样ＳＥＭ照片了缺陷。从Ｃｕ到Ａｌ方向对界面层的Ｃｕ、Ａｌ元素浓度做ＥＤＳ线扫描分析，其结果见图４ｂ。随着界面从Ｃｕ往Ａｌ的方向，Ｃｕ的浓度刚开始处于一个波动范围，随后下降，而Ａｌ的浓度刚开始为０，过了界面层后处于上升状态。从Ｃｕ－Ａｌ二元相图分析可知，在３６３～５４９℃共（ａ）ＳＥＭ（ｂ）线扫描分析图４界面层中Ａｌ、Ｃｕ元素分布的ＥＤＳ线分析扫描曲线晶范围内稳定存在５种相，从Ｃｕ侧到Ａｌ侧依次为：Ｃｕ９Ａｌ４、Ｃｕ３Ａｌ２、Ｃｕ４Ａｌ３、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌ２［１８］。结合线扫描的能谱图分析可知，界面层生成相从Ｃｕ基一侧到Ａｌ基一侧依次为Ｃｕ９Ａｌ４、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌ２。由于ＣｕＡｌ２的存在会导致界面的结合强度减弱，Ｃｕ９Ａｌ４的存在又可以缓解其产生的界面损伤，而富Ｃｕ相化合物层和Ｃｕ基体之间会形成空隙，空隙的存在会影响结合强度［１９］
图５Ｃｕ／Ａｌ复合材料界面硬度万能试验机上对其进行拉伸－剪切试验，综合分析铝和铜的抗拉强度，其拉伸剪切试样见图６。图６拉伸剪切试样尺寸试样拉伸剪切强度计算公式为：τｃ＝ｐ／（ｂｌ）式中，ｐ为拉伸过程最大载荷；ｂ为剪切面的长度；ｌ为剪切面的宽度。图７为试样拉伸过程中的行程－载荷曲线，在刚开始拉伸过程中，裂纹首先出现在硬脆的中间化合物上，裂纹继续进行过程中铝基体处发生塑性变形，产生的剪切力使裂纹进一步扩展。当剪切面的强度小于基体强度时，使得试样最后在剪切面处发生分离。通过计算可以得出界面结合强度约为４８ＭＰａ，说明采用Ｃｏｎｃｌａｄ连续挤压的制备的侧向Ｃｕ／Ａｌ复合材料具有良好的结合强度。图７试样的行程－载荷曲线图２．４剥离面ＸＲＤ及ＳＥＭ分析对Ｃｕ、Ａｌ两侧的剥离面进行ＸＲＤ分析，结果见图８。分析结果表明，金属化合物的生长位置各不相同。在Ｃｕ侧的剥离面上存在着Ｃｕ９Ａｌ４相，而在Ａｌ侧的剥离面上存在ＣｕＡｌ和ＣｕＡｌ２。通过有效生成热模型［２０］，ＣｕＡｌ２最先生成，Ｃｕ９Ａｌ４的自由能最低，驱动力最大，作为第二相出现。最后在ＣｕＡｌ２和Ｃｕ９Ａｌ４之间生成ＣｕＡｌ相［２１］。ＣｕＡｌ２是一种四方晶体结构，其所属的四方晶系结构中经常出现位错和晶界等晶体缺陷，原子在（ａ）Ｃｕ侧（ｂ）Ａｌ侧图８Ｃｕ、Ａｌ两侧剥离面的Ｘ射线衍射谱这些晶体缺陷处扩散较容易［２２］。也就是说ＣｕＡｌ２是一种脆性相，会降低Ｃｕ
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜包铝复合材料研究进展[J]. 张建宇,姚金金,曾祥勇,韩艳秋,吴春京. 中国有色金属学报. 2014(05)
[2]铜铝复合板的加工方法及应用[J]. 杨永顺,杨栋栋. 热加工工艺. 2011(12)
[3]铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理[J]. 张红安,陈刚. 中国有色金属学报. 2008(03)
[4]充芯连铸法制备铜包铝双金属复合材料的研究[J]. 吴春京,于治民,谢建新,吴渊. 铸造. 2004(06)
本文编号：3387544
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2017,37(01)北大核心CSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
图１侧向复合型Ｃｕ／Ａｌ复合材料过ＪＳＭ－５６１０ＬＶ扫描电镜及ＥＤＡＸ能谱仪对界面微观
ｕＡｌ２（θ相）、Ｃｕ４Ａｌ３（ξ相）等。图４是界面层中Ａｌ－Ｃｕ浓度分布的ＥＤＳ线扫描曲线。可以看出，其界面结合层比较均匀，且与两种金属基体良好结合。靠近Ａｌ一侧界面成比较大的波浪形，而靠近Ｃｕ一侧波浪较小，比较平缓。由Ｃｕ在Ａｌ中的扩散速率远远大于Ａｌ在Ｃｕ中的扩散速率可以推断，两种扩散速率不同的金属在界面扩散过程中形成（ａ）４００℃，低倍（ｂ）４００℃，高倍（ｃ）５００℃，低倍（ｄ）５００℃，高倍图３不同温度下挤压试样ＳＥＭ照片了缺陷。从Ｃｕ到Ａｌ方向对界面层的Ｃｕ、Ａｌ元素浓度做ＥＤＳ线扫描分析，其结果见图４ｂ。随着界面从Ｃｕ往Ａｌ的方向，Ｃｕ的浓度刚开始处于一个波动范围，随后下降，而Ａｌ的浓度刚开始为０，过了界面层后处于上升状态。从Ｃｕ－Ａｌ二元相图分析可知，在３６３～５４９℃共（ａ）ＳＥＭ（ｂ）线扫描分析图４界面层中Ａｌ、Ｃｕ元素分布的ＥＤＳ线分析扫描曲线晶范围内稳定存在５种相，从Ｃｕ侧到Ａｌ侧依次为：Ｃｕ９Ａｌ４、Ｃｕ３Ａｌ２、Ｃｕ４Ａｌ３、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌ２［１８］。结合线扫描的能谱图分析可知，界面层生成相从Ｃｕ基一侧到Ａｌ基一侧依次为Ｃｕ９Ａｌ４、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌ２。由于ＣｕＡｌ２的存在会导致界面的结合强度减弱，Ｃｕ９Ａｌ４的存在又可以缓解其产生的界面损伤，而富Ｃｕ相化合物层和Ｃｕ基体之间会形成空隙，空隙的存在会影响结合强度［１９］
图５Ｃｕ／Ａｌ复合材料界面硬度万能试验机上对其进行拉伸－剪切试验，综合分析铝和铜的抗拉强度，其拉伸剪切试样见图６。图６拉伸剪切试样尺寸试样拉伸剪切强度计算公式为：τｃ＝ｐ／（ｂｌ）式中，ｐ为拉伸过程最大载荷；ｂ为剪切面的长度；ｌ为剪切面的宽度。图７为试样拉伸过程中的行程－载荷曲线，在刚开始拉伸过程中，裂纹首先出现在硬脆的中间化合物上，裂纹继续进行过程中铝基体处发生塑性变形，产生的剪切力使裂纹进一步扩展。当剪切面的强度小于基体强度时，使得试样最后在剪切面处发生分离。通过计算可以得出界面结合强度约为４８ＭＰａ，说明采用Ｃｏｎｃｌａｄ连续挤压的制备的侧向Ｃｕ／Ａｌ复合材料具有良好的结合强度。图７试样的行程－载荷曲线图２．４剥离面ＸＲＤ及ＳＥＭ分析对Ｃｕ、Ａｌ两侧的剥离面进行ＸＲＤ分析，结果见图８。分析结果表明，金属化合物的生长位置各不相同。在Ｃｕ侧的剥离面上存在着Ｃｕ９Ａｌ４相，而在Ａｌ侧的剥离面上存在ＣｕＡｌ和ＣｕＡｌ２。通过有效生成热模型［２０］，ＣｕＡｌ２最先生成，Ｃｕ９Ａｌ４的自由能最低，驱动力最大，作为第二相出现。最后在ＣｕＡｌ２和Ｃｕ９Ａｌ４之间生成ＣｕＡｌ相［２１］。ＣｕＡｌ２是一种四方晶体结构，其所属的四方晶系结构中经常出现位错和晶界等晶体缺陷，原子在（ａ）Ｃｕ侧（ｂ）Ａｌ侧图８Ｃｕ、Ａｌ两侧剥离面的Ｘ射线衍射谱这些晶体缺陷处扩散较容易［２２］。也就是说ＣｕＡｌ２是一种脆性相，会降低Ｃｕ
【参考文献】：
期刊论文
[1]铜包铝复合材料研究进展[J]. 张建宇,姚金金,曾祥勇,韩艳秋,吴春京. 中国有色金属学报. 2014(05)
[2]铜铝复合板的加工方法及应用[J]. 杨永顺,杨栋栋. 热加工工艺. 2011(12)
[3]铜/铝复合材料的固-液复合法制备及其界面结合机理[J]. 张红安,陈刚. 中国有色金属学报. 2008(03)
[4]充芯连铸法制备铜包铝双金属复合材料的研究[J]. 吴春京,于治民,谢建新,吴渊. 铸造. 2004(06)
本文编号：3387544
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