【摘要】：采用鑄軋法獲得寬幅層狀銅-鋁復(fù)合板,并研究了不同退火溫度對銅-鋁復(fù)合板界面組織和力學(xué)性能影響,探討了界面金屬間化合物作用機(jī)理,結(jié)果表明:退火溫度越高,界面擴(kuò)散越明顯,金屬間化合物越多;銅基體界面處率先生成Cu_9Al_4,鋁基體界面處率先生成CuAl_2,隨著銅、鋁元素?cái)U(kuò)散會有CuAl生成;界面層硬度高于其它位置,由于基體軟化和金屬間化合物的共同作用;300℃退火銅-鋁復(fù)合板界面組織和力學(xué)能性能最佳,擴(kuò)散層厚度13.63μm左右,抗拉強(qiáng)度101.9 MPa,伸長率32.0%。
【圖文】：

?mm試樣，經(jīng)砂紙磨光，機(jī)械拋光后，采用JSM-5610LV型掃描電子顯微鏡(SEM-BSE)觀察復(fù)合板界面銅、鋁原子的擴(kuò)散情況，并用能譜裝置(EDS)檢測化學(xué)成分;采用BＲUXD-8型X射線衍射儀(XＲD)對剝離界面進(jìn)行物相分析。顯微硬度采用MH-3型維氏硬度計(jì)進(jìn)行測量，加載載荷0．025kg，加載時間15s;拉伸試樣參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T228．1—2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分:室溫試驗(yàn)方法》制定，拉伸試驗(yàn)機(jī)機(jī)型號為SHMADZU(島津)AG-I250KN，，拉伸試驗(yàn)參數(shù):標(biāo)距尺寸50mm×12．5mm，拉伸速度1mm/min，獲得寬幅層狀銅-鋁復(fù)合板抗拉強(qiáng)度及伸長率。圖1不同退火溫度下銅-鋁復(fù)合板擴(kuò)散層SEM及EDS分析Fig．1SEMimagesandEDSanalysisresultsofCu-Alcompositeplatediffusionlayerunderdifferentannealingtemperatures(a)250℃;(b)300℃;(c)350℃;(d)400℃2試驗(yàn)結(jié)果與分析2．1退火溫度對界面組織和化學(xué)成分的影響圖1為不同溫度退火后銅-鋁復(fù)合板擴(kuò)散層的顯微組織及EDS分析，其中暗處為銅、亮處為鋁，界面處可以明顯看出三層過渡層。界面過渡層隨著溫度的升高逐漸變厚，300℃時界面厚度約為13．63μm，當(dāng)溫度為400℃時，界面厚度達(dá)到22．35μm左右。由EDS分析可見:銅元素?cái)U(kuò)散呈階梯狀，隨溫度升高臺階高度變緩、寬度變寬;鋁元素?cái)U(kuò)散基本呈平緩下降趨勢，臺階不明顯。鑄軋過程中，銅板、鋁液本身處于加熱狀態(tài)，鋁液澆注到銅板上界面處降溫速度與外部不同，界面處慢而外部快，此時，部分銅、鋁原子在界面處發(fā)生擴(kuò)散。當(dāng)退火溫度低時，雖然銅、鋁原子獲得的能量低，界面原子躍遷能量不足，但擴(kuò)散層厚度也能達(dá)到10μm左右，如圖1(a)所示。當(dāng)退火溫度升高時，大部分銅、鋁原子獲得的熱能突破了擴(kuò)散能量勢壘，可以實(shí)現(xiàn)大范圍自由遷移，擴(kuò)散層逐漸變厚［9］。鑄軋過程

116第42卷為350℃時，在鋁基體上有新相CuAl生成。400℃時鋁基體含有較多CuAl2相，相含量由高到低是CuAl2、Cu9Al4和CuAl。圖2銅-鋁復(fù)合板剝離面物相分析(a)鋁側(cè);(b)銅側(cè)Fig．2XＲDpatternsatstrippingsurfaceofCu-Alcompositeplate(a)Alside;(b)Cuside250℃基體上含有少量的Cu9Al4、CuAl2相，主要是由于鑄軋過程中銅鋁界面處有一定溫度，除了軋制機(jī)械結(jié)合外，還有澆注冶金結(jié)合。因此，在低溫退火情況下，界面處就有一定的新相生成。XＲD物相分析顯示，在鋁基體處先有CuAl2相生成，并且通過BSE能夠發(fā)現(xiàn)在鋁基體上擴(kuò)散層比較明顯，這主要是因?yàn)殂~原子的晶粒尺寸(aCu=0．3615nm)小于鋁原子(aAl=0．4082nm)，鋁基體中空位數(shù)比較多，銅原子只需少量能量或者自發(fā)就能進(jìn)入鋁基體空位處［10］，這一點(diǎn)在圖1中也能表現(xiàn)出來。此外，還可以看到無論退火溫度多高，相同的時間里銅的擴(kuò)散量總高于鋁。因此，銅原子率先擴(kuò)散至鋁基體中形成銅鋁金屬間化合物，當(dāng)熱力學(xué)條件滿足時，鋁原子突破能量勢壘擴(kuò)散到銅基體并生成鋁含量低的金屬間化合物［11］。物相并非越多越好，過多的物相也將導(dǎo)致銅鋁復(fù)合板力學(xué)性能變差。2．2退火溫度對力學(xué)性能影響圖3為不同退火溫度下銅-鋁復(fù)合板界面處的顯微硬度分布。隨著溫度的升高，界面處硬度有逐漸升高的趨勢。250℃時，銅、鋁基體硬度高，說明復(fù)合板的加工硬化和殘余應(yīng)力得到有效釋放［12］，隨著溫度的升高基體硬度逐漸下降，350℃后基本保持不變;300℃時，界面處硬度最高，這是因?yàn)橛行碌奈锵喈a(chǎn)生所致;350℃時溫度較高，金屬間化合物被軟化減少了對界面的硬化效果，因此界面處硬度有所降低;400℃時，靠近鋁基體10μm處硬度高，這是因?yàn)橛休^多的
【作者單位】： 河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院;有色金屬共性技術(shù)河南省協(xié)同創(chuàng)中心;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(U160420059) NSFC-河南省聯(lián)合基金重點(diǎn)支持項(xiàng)目
【分類號】：TB331;TG156.2

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本文編號：2538647