本文關(guān)鍵詞：銅鋁復(fù)合板界面擴散層組織結(jié)構(gòu)與性能的研究

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【摘要】：本文針對退火熱處理過程中冷軋銅鋁復(fù)合板界面擴散層組織結(jié)構(gòu)特征及其綜合性能開展了相關(guān)的研究工作。對冷軋后的銅鋁復(fù)合板進行消除內(nèi)部殘余應(yīng)力的退火熱處理,還可以使銅鋁復(fù)合板的結(jié)合方式由"機械結(jié)合"過渡到"冶金結(jié)合"。然而。銅鋁復(fù)合板在熱處理和發(fā)熱狀態(tài)下長期使用,界面處元素相互擴散形成擴散層并伴有金屬間化合物的產(chǎn)生,這種界面處組織結(jié)構(gòu)對銅鋁復(fù)合板結(jié)合強度,力學(xué)性能,導(dǎo)熱性和電學(xué)性能將產(chǎn)生重要的影響。本文系統(tǒng)研究了退火熱處理過程中銅鋁復(fù)合板界面結(jié)合層的形成與變化規(guī)律,通過熱力學(xué)分析和實驗研究,確定了銅鋁復(fù)合板界面層結(jié)構(gòu)形成過程與熱處理工藝的關(guān)系;從理論分析角度構(gòu)建了描述銅鋁復(fù)合板界面層形成過程的物理模型,并分析了界面層形成過程的動力學(xué);通過實驗,構(gòu)建了熱處理工藝與界面層厚度之間的關(guān)系,系統(tǒng)研究了銅鋁復(fù)合板界面層結(jié)構(gòu)對復(fù)合板性能的影響,并對銅鋁復(fù)合板服役條件下性能穩(wěn)定性進行了評價。對銅鋁復(fù)合板界面結(jié)構(gòu)與熱處理工藝參數(shù)關(guān)系的熱力學(xué)分析表明,在300-500℃退火過程中的擴散引起界面出現(xiàn)金屬間化合物次序是:Al_2Cu,Al_Cu,Al_4Cu_9,Al_9Cu_(11)和Al_2Cu_3。由于動力學(xué)原因,Al_9Cu_(11)和Al_2Cu_3沒有出現(xiàn)。根據(jù)實驗結(jié)果證明在該溫度區(qū)間銅鋁復(fù)合板界面擴散層分別是有Al_2Cu、Al_Cu和Al_4Cu_9生成,且生成次序是Al_2Cu、Al_4Cu_9、Al_Cu。界面處擴散層的形成過程是:兩種擴散組元的固溶體α[Cu(Al_)]固溶體和x[Al(Cu)]固溶體→鋁側(cè)固溶體層形成Al_2Cu金屬間化合物→銅側(cè)形成Al_4Cu_9金屬間化合物→在Al_2Cu/Al_4Cu19這兩個界面處形成第三層化合物層即Al_Cu相。通過對300℃、400℃、500℃分別進行了 1h、2h和5h擴散熱處理銅鋁復(fù)合板界面的組織觀察,發(fā)現(xiàn)在不同溫度下銅鋁復(fù)合板界面擴散層厚度隨著擴散時間的延長逐漸在增加,且在相同的時間節(jié)點下,隨著溫度的升高,界面擴散層厚度明顯增厚。根據(jù)擴散層厚度隨著熱處理工藝變化的關(guān)系,推導(dǎo)出金屬間總的化合物生長動力學(xué)方程為(?).通過對銅鋁復(fù)合板進行250℃、300℃和350℃不同溫度的退火熱處理,界面處擴散層與高溫擴散熱處理出現(xiàn)同樣變化趨勢。建立了擴散熱處理工藝與銅鋁復(fù)合板剝離強度的關(guān)系模型,在300℃/6h熱處理工藝下,界面的結(jié)合強度是最佳的。通過對銅鋁復(fù)合板力學(xué)性能和導(dǎo)電性的測試,并結(jié)合之前的界面結(jié)合強度確定最佳的熱處理工藝是300℃/8h,此時界面結(jié)合強度是1786.3N/m,電導(dǎo)率是95.8%IACS,抗拉強度和延伸率分別是133.3MPa和24.3%。為了考核該工藝下銅鋁板復(fù)合板使用的穩(wěn)定性,進行了 80℃/1000h的長時間服役態(tài)實驗?zāi)M,銅鋁復(fù)合板的抗拉強度、導(dǎo)電性和界面擴散層沒有發(fā)生明顯變化,說明該熱處理工藝下的銅鋁復(fù)合板綜合性能較為穩(wěn)定。
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG335.81;TG156

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本文編號：1257039