铜-铝固-液瞬时结合及热处理对界面连接的影响

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随着科学及工业技术的飞速发展,现代工业对材料提出了更高的要求,同种金属的连接已经不能满足实际应用中的各种需求,因此需要对异种金属进行连接。铜及铝是电工行业中常用的导电材料,通常在发电、输电、变电和配电过程中,需要将铜及铝连接起来,实现电能的传输。传统的轧制、浇铸等连接铜铝两相的方法成品率低,结合性能不好,成本高,而采用固.液复合方法来连接铜及铝可以节约时间与成本,并不受尺寸限制。基于此,本文通过固.液瞬时结合法实现了铜及铝的冶金结合,并对其进行了热处理,同时对铜.铝结合界而金属间化合物生长规律进行了研究。首先,在不同温度和氩气气氛保护下,制备出铜.铝复合接头;其次,对制备的材料在不同温度及保温时问下进行热处理,研究了热处理对铜铝连接界面形貌、组织结构及力学性能的影响;最后,对界面金属间化合物生长规律及固.液结合方式下双金属的结合机制进行研究。得出的主要结果有:  (1)研究了在不同温度下固.液瞬时连接后铜.铝结合面的组织性能,发现在550℃的连接温度下铜铝界面有开裂现象,700℃下生成金属间化合物带;650℃瞬时加热的界面结合平整、无明显夹杂,铜、铝元素并没有发生大量扩散,材料的剪切强度约为32MPa,远低于铜铝母材的强度。  (2)采用不同的温度和时间对铜.铝复合接头进行热处理,发现材料的组织性能有显著变化,在相同温度下,随着保温时间的延长过渡层逐渐变宽,有固溶体及金属间化合物生成,剪切强度也随保温时间的增加而降低;保温时间一定时,过渡层随温度升高明显变宽,剪切强度随温度的增加先升高后降低;650℃瞬时加热后再经300℃/30 min热处理条件下制备的铜,铝复合接头性能最佳,剪切强度为89 MPa,过渡层宽50μm。  (3)进一步探究铜-铝固-液瞬时连接的机制,表明整个过程存在扩散及化学反应,其中起主导作用的是化学反应;界面生长方式为层状推进生长,并在基体两侧依次形成x[Al(Cu)]和α[Cu(Al)]固溶体及Cu9A14、Cu3AI2、CuAl、CuAl2等金属间化合物,在界面处还存在(αAl+CuAl2)共晶组织。  (4)研究了铜.铝复合接头在不同热处理温度下的断裂方式,发现200℃及400℃下断裂方式为解理断裂,在300℃下断裂方式为准解理断裂,材料的断裂主要是由于界面生成了硬脆的金属间化合物所致,断裂多发生在脆性相层。
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