粉末冶金与热压法制备复合材料组织观察.ppt

从Al/Cu二元合金相图可知，铜和铝在液态下无限互溶，在固态下有限互溶。Cu和Al反应的共晶点温度是548.2℃，为了避免Cu和Al发生共晶反应，设定的热压温度应该低于这个温度。 Al-Cu二元相图 实验内容及步骤 2.钢/铝过渡层成分设计 冷喷涂原理： 冷喷涂是基于空气动力学原理的一种喷涂技术，其原理如图所示，喷涂过程是利用高压气体通过缩放管产生超音速流动，将粉末粒子从轴向送入高速气流中，经加速后，在完全固态下撞击基体，通过较大的塑性流动变形而沉积于基体表面形成涂层。 冷喷涂纯铜的主要参数：预热温度400℃，粒子速度550m/s。 实验内容及步骤 2.钢/铝过渡层成分设计 不锈钢表面冷喷涂纯铜扫描电镜照片 Cu Fe Cu Fe 热处理前 热处理后 实验内容及步骤 3.钢/铝双金属热压扩散结合 扩散连接的主要工艺参数有：连接温度、连接压力、保温时间和真空度等，这些参数是相互影响的。本文主要从控制扩散连接的保温时间出发，在一定的连接温度、连接压力和真空度下，确定出最佳的保温时间，得到结合良好的钢/铝双金属复合材料。 连接温度：连接温度是扩散连接最重要的工艺参数，加热温度的微小变化会使扩散速度产生较大的变化 ；一般金属和合金，扩散连接合适的加热温度为：0.6～0.8Tm，Tm为异种金属间熔点较低金属的熔点），实验选取温度为400～480℃； 连接压力： 施加压力的主要作用是使结合面微观凸起的部分产生塑性变形，达到紧密接触，同时促进界面区的扩散，加速再结晶过程。 参考相应文献，确定为12MPa； 保温时间：在一定的压力和温度条件下，初始阶段接头强度随时间延长增加，但当接头强度提高到一定值后，便不再随时间而继续增加。选取了10、30、60min； 真空度：≤1×10-2Pa； 热电偶在试样上的测量位置点 不同温度梯度Al/Cu双金属试样的形变 扩散连接温度405℃ 扩散连接温度435℃ 扩散连接温度475℃ Al/Cu界面微观分析，保温时间60min 实验结果分析 实验原理 1.扩散连接机理 物理接触的形成阶段 接触表面的激活阶段 扩散阶段 Al Cu Al Cu Al (ss. Cu) Cu (ss. Al) Al Cu Al (ss. Cu) Cu (ss. Al) Cu9Al4 CuAl2 Al Cu Al (ss. Cu) Cu (ss. Al) Cu9Al4 CuAl2 Al/Cu界面层变化生长示意图 物理接触阶段 Al (ss. Cu)和Cu (ss. Al) 生成 CuAl2、Cu9Al4的形成 CuAl2、Cu9Al4的生长 实验结果分析 电化学腐蚀30min后试样的整体形貌 (a) (b) 实验结果分析 靠近铜侧的金属间化合物层为Cu9Al4,此相为在缺陷大量集中的过饱和固溶体层处形核然后纵向长大所致。 对于铜/钢界面，在固态扩散连接条件下（温度350～480℃），会形成铜在钢中的过饱和固溶体，这种过饱和固溶体的形成不会对钢/铝接头产生不良影响。 钢/铝双金属材料的剪切强度随着界面金属间化合物层厚度增厚整体呈现下降趋势。 当金属间化合物层厚度在5μm以内时双金属材料的剪切强度在50MPa以上； 金属间化合物厚度为4.5μm时出现双金属材料的剪切强度峰值53.71MPa； 金属间化合物层厚度在5~15μm范围时双金属材料的剪切强度在40MPa左右； 当化合物层厚度为23μm时，双金属材料的剪切强度降到最低值为13.52MPa。 钢/铝双金属材料的拉伸强度随着界面金属间化合物层厚度增厚整体呈现下降趋势。 当金属间化合物层厚度在5μm以内时双金属材料的拉伸强度在65MPa以上； 金属间化合物厚度为3.5μm时出现双金属材料的拉伸强度峰值70.9MPa； 金属间化合物层厚度在5~15μm范围时双金属材料的拉伸强度在50MPa左右； 当化合物层厚度为23μm时，双金属材料的拉伸强度降到最低值为41.37MPa。 Al/Cu互扩散区显微硬度分析 测量参数为：实验力10g，保压时间5s 铝层的硬度明显高于富铜层，Al/Cu界面的弱连接出现在Al基体和CuAl2之间。 实验报告要求 1.简要粉末冶金及热压法制备复合材料的原理与制备工艺 2.观察不同复合材料的组织特点： a)碳化钨增强钢基复合材料; b)三氧化二铝增强钢基复合材料; c)钢-铜界面； d)铝-铜界面； 3.分析不同陶瓷颗粒增强钢基复合材料的界面特点。 4.准确绘制钢/铝结合界面的微观组织和粉末冶金工艺制备的微观 组织示意图： 5.结合制备工艺简单分析钢铝材料界面所形成的金属间化合物 实验报告不要打印！ 画6幅金