铜铝复合带界面形态控制研究

论文摘要

复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。近几年来,人们对层状金属复合材料的性能和稳定性要求不断提高,这就需要精确控制它的单层厚度及厚度比。本文所涉及的0.12mm的铜/铝/铜超薄复合带的轧制工艺已经发展成熟,但对于后续的热处理工艺还没有定量的研究。要获得高品质的复合带,就必须在高温时能抑制界面化合物的生成,提高铜铝界面结合强度。本文将对铜铝复合带高温时的界面金属化合物进行系统研究,并找到一些抑制界面化合物生成的方法。首先在箱式电阻炉中对复合带进行大量的退火实验,对退火后复合带的组织形貌、拉伸性能进行观察与分析,得出最佳热处理工艺参数；再在真空磁场加热炉中对复合带施加不同强度的磁场退火,观察界面扩散层厚度的变化,测量磁场退火后复合带的剪切强度,分析磁场对界面形态的影响,最后从磁学理论方面解释不同磁场强度促进和抑制复合带界面化合物生成的机理,找到能控制复合带界面形态的方法。具体研究结果如下：(1)在不同温度下对复合带用箱式电阻炉退火后得出：随退火温度的升高或保温时间的延长,复合带界面化合物厚度变宽,强度降低,塑性提高。复合带的最佳热处理工艺是退火温度410℃,保温时间10分钟,此时界面结合强度最高,塑性最高,原子晶粒均匀,完成再结晶。(2)在不同磁场强度、不同温度下对复合带用真空磁场加热炉退火后得出：磁场退火也遵循随退火温度的升高或保温时间的延长,复合带界面化合物厚度变宽这一规律,并且随退火温度的升高,复合带的剪切强度降低。(3)施加O.1T,0.05T的磁场后,退火温度300℃的界面化合物厚度比无磁场时窄,抑制了界面化合物的生成,剪切强度最高达到124Mpa;施加其它强度的磁场后,界面化合物的厚度都比无磁场时宽,促进了界面化合物的生成。两种退火方式下,均有CuAl、CuAl2、Cu9Al4等脆性金属化合物生成。(4)磁场能够促进或抑制界面扩散层厚度的原因是铜铝磁性不同。铜是抗磁性材料,施加磁场后,热振动能量升高；铝是顺磁性材料,施加磁场后,热振动能量降低。势能差的改变导致扩散层厚度的变化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外研究现状及概况
• 1.2 复合材料的生产方法
• 1.2.1 轧制复合法
• 1.2.2 爆炸复合法
• 1.2.3 挤压-拉拔法
• 1.2.4 焊接法
• 1.2.5 充芯连铸法
• 1.2.6 双结晶器连铸
• 1.3 铜/铝轧制法复合工艺概述
• 1.4 复合机理简介
• 1.5 铜铝复合带轧制复合界面结合机理
• 1.6 磁场在材料方面的应用
• 1.7 研究课题的内容、目的及意义
• 1.7.1 研究内容
• 1.7.2 研究目的
• 1.7.3 研究意义
• 第2章 实验材料及方案制定
• 2.1 实验材料及设备
• 2.1.1 实验材料
• 2.1.2 实验设备简述
• 2.2 实验方案制定
• 2.2.1 组织（金相、SEM）
• 2.2.2 力学性能测试
• 2.3 本章小结
• 第3章 不加磁场时热处理实验结果与分析
• 3.1 热处理过程
• 3.1.1 热处理曲线图
• 3.1.2 热处理方案
• 3.2 复合带的金相和扫描组织分析
• 3.2.1 Al的晶粒形貌
• 3.2.2 铜铝复合界面扩散层
• 3.3 复合带的力学性能
• 3.3.1 不同保温时间下复合带的强度和延伸率
• 3.3.2 不同退火温度下复合带的强度和延伸率
• 3.3.3 复合带的屈强比
• 3.4 本章小结
• 第4章 加磁场时热处理实验结果与分析
• 4.1 磁场条件下热处理方案
• 4.2 磁场对界面原子扩散的影响
• 4.2.1 磁场对界而扩散层厚度的影响
• 4.2.2 磁场对界面化合物成分的影响
• 4.2.3 磁场对Al的晶粒形貌的影响
• 4.3 磁场退火对复合带力学性能的影响
• 4.3.1 不同退火温度下复合带的剪切强度
• 4.3.2 不同磁场强度下复合带的剪切强度
• 4.4 本章小结
• 第5章 界面金属间化合物的抑制机理研究
• 5.1 金属原子的扩散
• 5.1.1 扩散本质
• 5.1.2 扩散条件
• 5.1.3 扩散机制
• 5.2 不加磁场时原子的扩散
• 5.3 磁场对原子扩散的影响
• 5.3.1 磁场中的磁性材料
• 5.3.2 磁场促进和抑制原子的扩散
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历