新型铜/铝复合导线的制备与应用基础研究
发布时间：2022-08-08 16:31
铜/铝复合导线因质量轻、导电性良好等优点,在航空航天领域有着广泛的应用前景。但传统的铜/铝复合导线采用纯铜和纯铝作为基体材料,强度较低、弹性较差而导致压接性能差,严重限制了复合线的应用范围。本课题在纯铜/纯铝复合线的基础上,开发出强度更高、弹性性能更好的Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合导线。采用金相分析、扫描电镜、透射电镜、等方法对复合线的界面、微观组织以及断口进行观察;采用拉伸、反复弯曲、纳米压痕、电导率测试等方法测试复合线及界面的力学性能和导电性能,分析和解释了界面组织和性能的演变规律以及相互之间的内在关系。研究了退火工艺对不同线径的Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线性能的影响,(Φ0.5mm复合线在3500℃0.5h退火后获得最佳的综合性能,抗拉强度达到256.4MPa,伸长率为5.1%,导电率为52.1%IACS,反复弯曲测试后界面不会发生分层,与同规格Cu/Al复合线相比,抗拉强度提升超过100%。相比于Φ1mm复合线,复合线的综合力学性能略有下降,说明复合线直径越小,界面扩散形成的金属间化合物对复合线性能影响越大。当界面层较薄时,界面层起到"桥梁"的作用,连接两...
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 铜/铝复合线
1.2.1 铜/铝复合线的性能
1.2.2 铜/铝复合线的应用
1.3 铜/铝复合线研究现状
1.3.1 铜/铝复合线的制备工艺
1.3.2 铜铝复合界面研究现状
1.4 Al-Mg-Si合金
1.5 Cu-Ni-Si合金
1.6 研究目的、内容及创新点
1.6.1 研究目的和内容
1.6.2 创新点
2 实验材料及研究方法
2.1 复合线的制备
2.1.1 原材料准备
2.1.2 均匀化热处理
2.1.3 热挤压变形
2.1.4 固溶处理
2.1.5 机加工
2.1.6 表面处理
2.1.7 套管拉拔
2.1.8 扩散退火处理
2.1.9 后续拉拔
2.2 性能测试
2.2.1 室温拉伸性能测试
2.2.2 电学性能测试
2.2.3 纳米压痕测试
2.2.4 反复弯曲性能测试
2.2.5 界面剪切强度测试
2.3 组织观察与分析
2.3.1 金相组织观察
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.3.3 差示扫描量热(DSC)分析
2.3.4 X射线衍射(XRD)分析
2.3.5 透射电子显微镜(TEM)分析
3 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线的制备
3.1 Cu-Ni-Si合金的选用和准备
3.1.1 Cu-Ni-Si合金的选用
3.1.2 Cu-Ni-Si合金的铸态、挤压与固溶组织
3.2 Al-Mg-Si合金的选用和准备
3.2.1 Al-Mg-Si合金的选用
3.2.2 Al-Mg-Si合金的铸态组织
3.2.3 Al-Mg-Si合金的均匀化与热挤压
3.3 复合线的制备工艺研究
3.3.1 铜管内壁质量的影响
3.3.2 Cu-Ni-Si和Al-Mg-Si的性能匹配
3.3.3 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si制备过程中的界面结合
3.4 本章小结
4 复合线热处理工艺及性能研究
4.1 引言
4.2 Cu-Ni-Si、Al-Mg-Si合金的力学性能
4.3 退火处理对Φ1mm Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线组织与性能的影响
4.3.1 退火处理对Φ1mm复合线性能的影响
4.3.2 Φ1mm复合线拉伸断口分析
4.4 退火处理对Φ0.5mm Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线组织与性能的影响
4.4.1 退火处理对Φ0.5mm复合线性能的影响
4.4.2 Φ0.5mm复合线拉伸断口分析
4.5 退火处理对Cu/Al复合线组织和性能的影响
4.5.1 退火温度对Cu/Al复合线铜层组织的影响
4.5.2 退火温度对Cu/Al复合线性能的影响
4.5.3 退火时间对Cu/Al复合线性能的影响
4.6 复合线的反复弯曲性能
4.7 复合线的载流量计算
4.8 本章小结
5 复合线界面研究
5.1 引言
5.2 界面复合机理研究
5.3 退火对Cu/Al界面的影响
5.3.1 退火温度对Cu/Al复合线界面的影响
5.3.2 退火时间对Cu/Al复合线界面的影响
5.3.3 Cu/Al复合线界面金属间化合物的确定
5.3.4 Cu/Al扩散的Kirkendall效应与扩散机制
5.3.5 Cu/Al复合线界面金属间化合物的生长动力学分析
5.4 退火对Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面的影响
5.4.1 退火温度对Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面的影响
5.4.2 界面金属间化合物的力学性能
5.4.3 金属间化合物生长动力学分析
5.4.4 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面处合金元素分布
5.4.5 合金元素对铜铝扩散的影响
5.5 后续拉拔对退火界面的影响研究
5.6 铜铝界面剪切强度
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空航天用铜铝复合金属导体电缆的可靠性评价[J]. 王威,胡一东,王增辉,杨德亮,刘雨双,王坤,闵峻. 光纤与电缆及其应用技术. 2015(05)
[2]充芯连铸铜包铝复合材料的界面形成机理[J]. 张建宇,曾祥勇,韩艳秋,姚金金,吴春京. 中国有色金属学报. 2014(11)
[3]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)
[4]铜铝复合板界面组织和性能研究[J]. 路王珂,谢敬佩,王爱琴,王文焱,张银娣. 特种铸造及有色合金. 2014(02)
[5]固态扩散过程中的Kirkendall效应（英文）[J]. C.A.C.SEQUEIRA,L.AMARAL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(01)
[6]包覆焊接-拉拔法铜包铝线冶金结合机理的探讨[J]. 戴雅康,王玉凯,刘丕家,赵正树. 电线电缆. 2013(06)
[7]热处理工艺对Cu/Al复合界面的影响[J]. 杜文佳,谢明,溥存继,陈永泰,杨云峰,张吉明,刘满门,胡洁琼,王塞北. 材料热处理学报. 2013(S2)
[8]浅谈铜包铝电缆的特点及应用前景[J]. 王惠兵,吕秀云. 智能建筑与城市信息. 2013(09)
[9]铜包铝立式充芯连铸圆坯温度场数值模拟[J]. 张建宇,曾祥勇,贲利华,崔新鹏,吴春京. 热加工工艺. 2013(15)
[10]6xxx系铝合金导体材料的时效行为[J]. 刘东雨,高倩,李宝让,刘静静,侯世香,韩钰,陈新,马光. 材料热处理学报. 2013(S1)
博士论文
[1]新型高性能Cu-Ni-Co-Si合金制备及组织性能的研究[D]. 肖翔鹏.北京有色金属研究总院 2013
硕士论文
[1]退火过程中冷轧Cu/Al复合板界面扩散过程研究[D]. 密冰雪.沈阳工业大学 2013
[2]低浓度Cu-Ni-Si合金的组织及性能研究[D]. 董琦祎.中南大学 2010
本文编号：3671847
【文章页数】：119 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 铜/铝复合线
1.2.1 铜/铝复合线的性能
1.2.2 铜/铝复合线的应用
1.3 铜/铝复合线研究现状
1.3.1 铜/铝复合线的制备工艺
1.3.2 铜铝复合界面研究现状
1.4 Al-Mg-Si合金
1.5 Cu-Ni-Si合金
1.6 研究目的、内容及创新点
1.6.1 研究目的和内容
1.6.2 创新点
2 实验材料及研究方法
2.1 复合线的制备
2.1.1 原材料准备
2.1.2 均匀化热处理
2.1.3 热挤压变形
2.1.4 固溶处理
2.1.5 机加工
2.1.6 表面处理
2.1.7 套管拉拔
2.1.8 扩散退火处理
2.1.9 后续拉拔
2.2 性能测试
2.2.1 室温拉伸性能测试
2.2.2 电学性能测试
2.2.3 纳米压痕测试
2.2.4 反复弯曲性能测试
2.2.5 界面剪切强度测试
2.3 组织观察与分析
2.3.1 金相组织观察
2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)分析
2.3.3 差示扫描量热(DSC)分析
2.3.4 X射线衍射(XRD)分析
2.3.5 透射电子显微镜(TEM)分析
3 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线的制备
3.1 Cu-Ni-Si合金的选用和准备
3.1.1 Cu-Ni-Si合金的选用
3.1.2 Cu-Ni-Si合金的铸态、挤压与固溶组织
3.2 Al-Mg-Si合金的选用和准备
3.2.1 Al-Mg-Si合金的选用
3.2.2 Al-Mg-Si合金的铸态组织
3.2.3 Al-Mg-Si合金的均匀化与热挤压
3.3 复合线的制备工艺研究
3.3.1 铜管内壁质量的影响
3.3.2 Cu-Ni-Si和Al-Mg-Si的性能匹配
3.3.3 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si制备过程中的界面结合
3.4 本章小结
4 复合线热处理工艺及性能研究
4.1 引言
4.2 Cu-Ni-Si、Al-Mg-Si合金的力学性能
4.3 退火处理对Φ1mm Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线组织与性能的影响
4.3.1 退火处理对Φ1mm复合线性能的影响
4.3.2 Φ1mm复合线拉伸断口分析
4.4 退火处理对Φ0.5mm Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si复合线组织与性能的影响
4.4.1 退火处理对Φ0.5mm复合线性能的影响
4.4.2 Φ0.5mm复合线拉伸断口分析
4.5 退火处理对Cu/Al复合线组织和性能的影响
4.5.1 退火温度对Cu/Al复合线铜层组织的影响
4.5.2 退火温度对Cu/Al复合线性能的影响
4.5.3 退火时间对Cu/Al复合线性能的影响
4.6 复合线的反复弯曲性能
4.7 复合线的载流量计算
4.8 本章小结
5 复合线界面研究
5.1 引言
5.2 界面复合机理研究
5.3 退火对Cu/Al界面的影响
5.3.1 退火温度对Cu/Al复合线界面的影响
5.3.2 退火时间对Cu/Al复合线界面的影响
5.3.3 Cu/Al复合线界面金属间化合物的确定
5.3.4 Cu/Al扩散的Kirkendall效应与扩散机制
5.3.5 Cu/Al复合线界面金属间化合物的生长动力学分析
5.4 退火对Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面的影响
5.4.1 退火温度对Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面的影响
5.4.2 界面金属间化合物的力学性能
5.4.3 金属间化合物生长动力学分析
5.4.4 Cu-Ni-Si/Al-Mg-Si界面处合金元素分布
5.4.5 合金元素对铜铝扩散的影响
5.5 后续拉拔对退火界面的影响研究
5.6 铜铝界面剪切强度
5.7 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]航空航天用铜铝复合金属导体电缆的可靠性评价[J]. 王威,胡一东,王增辉,杨德亮,刘雨双,王坤,闵峻. 光纤与电缆及其应用技术. 2015(05)
[2]充芯连铸铜包铝复合材料的界面形成机理[J]. 张建宇,曾祥勇,韩艳秋,姚金金,吴春京. 中国有色金属学报. 2014(11)
[3]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)
[4]铜铝复合板界面组织和性能研究[J]. 路王珂,谢敬佩,王爱琴,王文焱,张银娣. 特种铸造及有色合金. 2014(02)
[5]固态扩散过程中的Kirkendall效应（英文）[J]. C.A.C.SEQUEIRA,L.AMARAL. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2014(01)
[6]包覆焊接-拉拔法铜包铝线冶金结合机理的探讨[J]. 戴雅康,王玉凯,刘丕家,赵正树. 电线电缆. 2013(06)
[7]热处理工艺对Cu/Al复合界面的影响[J]. 杜文佳,谢明,溥存继,陈永泰,杨云峰,张吉明,刘满门,胡洁琼,王塞北. 材料热处理学报. 2013(S2)
[8]浅谈铜包铝电缆的特点及应用前景[J]. 王惠兵,吕秀云. 智能建筑与城市信息. 2013(09)
[9]铜包铝立式充芯连铸圆坯温度场数值模拟[J]. 张建宇,曾祥勇,贲利华,崔新鹏,吴春京. 热加工工艺. 2013(15)
[10]6xxx系铝合金导体材料的时效行为[J]. 刘东雨,高倩,李宝让,刘静静,侯世香,韩钰,陈新,马光. 材料热处理学报. 2013(S1)
博士论文
[1]新型高性能Cu-Ni-Co-Si合金制备及组织性能的研究[D]. 肖翔鹏.北京有色金属研究总院 2013
硕士论文
[1]退火过程中冷轧Cu/Al复合板界面扩散过程研究[D]. 密冰雪.沈阳工业大学 2013
[2]低浓度Cu-Ni-Si合金的组织及性能研究[D]. 董琦祎.中南大学 2010
本文编号：3671847
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