铜铝复合板界面扩散层组织结构与性能的研究

发布时间：2017-12-06 02:21

  本文关键词：铜铝复合板界面扩散层组织结构与性能的研究

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【摘要】：本文针对退火热处理过程中冷轧铜铝复合板界面扩散层组织结构特征及其综合性能开展了相关的研究工作。对冷轧后的铜铝复合板进行消除内部残余应力的退火热处理,还可以使铜铝复合板的结合方式由"机械结合"过渡到"冶金结合"。然而。铜铝复合板在热处理和发热状态下长期使用,界面处元素相互扩散形成扩散层并伴有金属间化合物的产生,这种界面处组织结构对铜铝复合板结合强度,力学性能,导热性和电学性能将产生重要的影响。本文系统研究了退火热处理过程中铜铝复合板界面结合层的形成与变化规律,通过热力学分析和实验研究,确定了铜铝复合板界面层结构形成过程与热处理工艺的关系;从理论分析角度构建了描述铜铝复合板界面层形成过程的物理模型,并分析了界面层形成过程的动力学;通过实验,构建了热处理工艺与界面层厚度之间的关系,系统研究了铜铝复合板界面层结构对复合板性能的影响,并对铜铝复合板服役条件下性能稳定性进行了评价。对铜铝复合板界面结构与热处理工艺参数关系的热力学分析表明,在300-500℃退火过程中的扩散引起界面出现金属间化合物次序是:Al_2Cu,Al_Cu,Al_4Cu_9,Al_9Cu_(11)和Al_2Cu_3。由于动力学原因,Al_9Cu_(11)和Al_2Cu_3没有出现。根据实验结果证明在该温度区间铜铝复合板界面扩散层分别是有Al_2Cu、Al_Cu和Al_4Cu_9生成,且生成次序是Al_2Cu、Al_4Cu_9、Al_Cu。界面处扩散层的形成过程是:两种扩散组元的固溶体α[Cu(Al_)]固溶体和x[Al(Cu)]固溶体→铝侧固溶体层形成Al_2Cu金属间化合物→铜侧形成Al_4Cu_9金属间化合物→在Al_2Cu/Al_4Cu19这两个界面处形成第三层化合物层即Al_Cu相。通过对300℃、400℃、500℃分别进行了 1h、2h和5h扩散热处理铜铝复合板界面的组织观察,发现在不同温度下铜铝复合板界面扩散层厚度随着扩散时间的延长逐渐在增加,且在相同的时间节点下,随着温度的升高,界面扩散层厚度明显增厚。根据扩散层厚度随着热处理工艺变化的关系,推导出金属间总的化合物生长动力学方程为(?).通过对铜铝复合板进行250℃、300℃和350℃不同温度的退火热处理,界面处扩散层与高温扩散热处理出现同样变化趋势。建立了扩散热处理工艺与铜铝复合板剥离强度的关系模型,在300℃/6h热处理工艺下,界面的结合强度是最佳的。通过对铜铝复合板力学性能和导电性的测试,并结合之前的界面结合强度确定最佳的热处理工艺是300℃/8h,此时界面结合强度是1786.3N/m,电导率是95.8%IACS,抗拉强度和延伸率分别是133.3MPa和24.3%。为了考核该工艺下铜铝板复合板使用的稳定性,进行了 80℃/1000h的长时间服役态实验模拟,铜铝复合板的抗拉强度、导电性和界面扩散层没有发生明显变化,说明该热处理工艺下的铜铝复合板综合性能较为稳定。
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG335.81;TG156

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