Cu-Al復(fù)合帶界面結(jié)合的熱力學(xué)-動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、本課題源于國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目:Cu/Al復(fù)合薄帶軋制應(yīng)力/應(yīng)變場(chǎng)作用下的界面冶金行為(50964006)。
　　銅鋁復(fù)合材料不但具有銅的導(dǎo)電率高、導(dǎo)熱性好及耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)也具備鋁的質(zhì)輕、耐磨、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn),在冶金、機(jī)械、汽車、電子、電力、電器及生活用品等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。在“以鋁節(jié)銅”的趨勢(shì)下,用Cu/Al復(fù)合薄帶作為純銅的替代材料來制備高頻電纜具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文采用冷軋復(fù)合的方法制備Cu/Al復(fù)合帶,

2、通過對(duì)55.7％、65.6%、76.1%和81.3%四種不同軋制壓下率下Cu/Al復(fù)合帶界面擴(kuò)散層生長(zhǎng)規(guī)律的研究,建立了Cu/Al復(fù)合帶在軋制應(yīng)變場(chǎng)作用下的擴(kuò)散層生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)理論模型,可為界面擴(kuò)散層生長(zhǎng)的預(yù)測(cè)及控制提供理論依據(jù)。通過熱壓試驗(yàn)研究了Cu/Al復(fù)合帶在應(yīng)變速率為0.0006~0.02s-1、變形溫度為400~500℃的熱壓條件下的高溫變形行為,分析了變形程度、變形溫度和變形速率對(duì)變形抗力的影響,在試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上建立了Cu/Al

3、復(fù)合帶高溫變形抗力的數(shù)學(xué)模型及高溫穩(wěn)態(tài)流變應(yīng)力的本構(gòu)方程,可指導(dǎo)Cu/Al復(fù)合帶熱加工工藝參數(shù)的選擇。研究了在500℃×1h,總壓下率0~35%的熱壓條件下Cu/Al復(fù)合界面擴(kuò)散反應(yīng),從界面擴(kuò)散機(jī)制、相變熱力學(xué)和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)角度分析了Cu/Al復(fù)合界面通過擴(kuò)散反應(yīng)生成中間相的規(guī)律,并探討了熱壓下率對(duì)界面擴(kuò)散層生長(zhǎng)的影響。
　　研究結(jié)果表明:隨著冷軋壓下率的增加,Cu/Al復(fù)合帶在隨后的退火過程中,界面擴(kuò)散層的孕育期將逐漸縮短,而擴(kuò)散

4、層的擴(kuò)散系數(shù)將不斷增加。在高溫變形的過程中,Cu/Al復(fù)合帶的變形抗力會(huì)隨著變形量的增加而增加,直到動(dòng)態(tài)軟化和加工硬化達(dá)到平衡,變形抗力將維持在一定的水平。當(dāng)其它變形條件相同時(shí),隨著變形溫度的升高,變形抗力將下降,而隨著變形速率的增加,變形抗力會(huì)增大。在溫度為500℃×1h,總壓下率e=0~35%的熱壓條件下,Cu/Al復(fù)合界面均生成了CuAl2、Cu9Al4和CuAl。在界面擴(kuò)散反應(yīng)的過程中,存在著空位擴(kuò)散、表面擴(kuò)散、晶界擴(kuò)散等擴(kuò)散機(jī)

5、制。Cu/Al復(fù)合界面擴(kuò)散反應(yīng)生成相次序受擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)與相變熱力學(xué)兩方面因素共同控制。CuAl2和Cu9Al4相較CuAl相優(yōu)先在Cu/Al復(fù)合界面生成,這與各相生成吉布斯自由能有關(guān)。Cu/Al復(fù)合帶在退火過程中界面金屬間化合物的生成遵守通量—能量原則,即組元比例與界面原子擴(kuò)散通量比相對(duì)應(yīng)且熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力最大的相將優(yōu)先生成。熱壓下率對(duì)擴(kuò)散層的生長(zhǎng)有一定影響,隨著熱壓下率的增加,擴(kuò)散層厚度值先增加后降低,而界面擴(kuò)散層的總體積不斷增加。但壓力對(duì)