累积叠轧焊制备铝基金属多层复合材料组织与性能的研究

论文摘要

本研究利用累积叠轧焊技术,制备了Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料,并对Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料的横截面进行了取样。利用扫描电镜(SEM)分析了Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料的横截面形貌,利用X射线能谱分析仪(EDS)对Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料的横截面成分进行了分析,采用透射电镜(TEM)分析了Al/AZ31金属多层复合材料中Al层微观组织结构特征,利用X射线衍射仪(XRD)分析了Al/Cu金属多层复合材料横截面的相组成,对Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料的横截面进行了硬度测量。对累积叠轧焊的过程和金属多层复合材料界面结合机制进行了初步探讨。结果表明：通过累积叠轧焊方法可以制备Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料。叠轧后的组元层的晶粒得到明显细化,导致Al/AZ31以及Al/Cu金属多层复合材料的硬度随叠轧道次的增加逐渐升高。叠轧后在Al与AZ31合金以及Al与Cu的界面处形成了微米尺度的扩散层,扩散层的厚度随总等效应变(轧制道次)的增加而增加。对Al/AZ31界面扩散层的局部显微硬度表征表明,扩散层存在硬度梯度。第三道次形成的高硬度Al/AZ31扩散层对多层材料的等效硬度有明显贡献。控制界面扩散层厚度和结构对于获得优异力学性能的多层复合材料有着重要的影响。Al/Cu多层复合材料层组元显微硬度也随着道次的增加而逐渐增大,其中第一道次的显微硬度变化幅度很大,以后相对较为缓慢。对叠轧一至五道次的Al/Cu金属多层复合材料的拉伸试验表明,Al/Cu多层复合材料经第一道次轧制后的综合力学性能比较好,从第二道次开始,随着道次的增加,抗拉强度随之增加,塑性随之降低。累积叠轧焊法实现了不同材料之间的冶金结合,界面结合机制主要为扩散机制,它是通过轧制前的加热保温以及累积应变来实现的,轧制温度越高、压下量越大则扩散过程越充分,这对结合强度有着决定性的影响。界面扩散层所生成的金属间化合物对材料的整体性能有着重要的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 国内外研究发展现状
• 1.3 金属层状复合材料的性能特点
• 1.3.1 超塑性能
• 1.3.2 成形性能
• 1.3.3 软磁性能
• 1.3.4 热力学性能
• 1.3.5 吸波性能
• 1.3.6 优良性价比
• 1.4 层状金属复合材料的成型方法
• 1.4.1 磁控溅射法
• 1.4.2 自蔓延高温合成法
• 1.4.3 铸造复合法
• 1.4.4 爆炸复合法
• 1.4.5 粉末冶金法
• 1.4.6 扩散焊接法
• 1.4.7 轧制复合法
• 1.5 累积叠轧焊技术（ARB）简介
• 1.5.1 累积叠轧焊技术原理
• 1.5.2 材料经累积叠轧焊后的组织和性能
• 1.5.3 累积叠轧焊法存在的问题及改进方法
• 1.6 本文研究目的、意义及内容
• 第2章 实验材料及实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 累积叠轧焊实验过程
• 2.2.1 原始材料表面处理
• 2.2.2 累积叠轧焊实验设备
• 2.2.3 累积叠轧焊轧制方法
• 2.3 累积叠轧焊多层复合材料检测分析
• 2.3.1 横截面形貌分析
• 2.3.2 横截面能谱分析
• 2.3.3 横截面维氏显微硬度测定
• 2.3.4 横截面XRD分析
• 2.3.5 透射电镜分析
• 2.3.6 拉伸实验
• 第3章 Al/AZ31多层复合材料的表征与分析
• 3.1 Al/AZ31多层复合材料横截面结构及能谱分析
• 3.2 层组元Al的透射电镜组织观察
• 3.3 Al/AZ31多层复合材料横截面硬度变化
• 3.4 小结
• 第4章 Al/Cu多层复合材料的表征与分析
• 4.1 Al/Cu多层复合材料横截面微观形貌分析
• 4.2 Al/Cu多层复合材料横截面能谱分析
• 4.3 Al/Cu多层复合材料横截面层组元硬度分布
• 4.4 Al/Cu多层复合材料室温下拉伸强度及延伸率
• 4.5 Al/Cu多层复合材料经累积叠轧焊后界面结合机理分析
• 4.5.1 固态金属扩散的条件
• 4.5.2 扩散的过程
• 4.5.3 Al/Cu金属多层复合材料界面处的扩散过程
• 4.5.4 Al/Cu多层复合材料界面金属间化合物的讨论与分析
• 4.6 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢