1、中文 4930字 出处： Chen C Y, Chen H L, Hwang W S. Influence of interfacial structure development on the fracture mechanism and bond strength of aluminum/copper bimetal plateJ. Materials transactions, 2006, 47(4): 1232-1239. 铝铜复合板中断裂机制、冷轧结合后结合键强度对于复合板界面的影响 Chih-Yuan Chen, Hao-Long Chen, Weng-Sing Hwang 本文目
2、的是研究铝铜复合板中断裂机制、冷轧结合后结合键强度对于复合板界面的影响。本文中的铝铜复合板 经过冷轧和不同的烧结条件制成随着烧结时间、温度的上升，铝铜复合板的结合力先上升至最大值，随后又降低。 随着烧结温度、时间的增加，复合界面结构也在变化。复合界面层主要由 Al2Cu、 AlCu、 Al3Cu4和 Al4Cu9组成。这些金属间化合物层的形成和厚度的积累大多会促成脆性的扩展，进而导致复合板材结合力的弱化。随着界面结构的复杂化，复合板断裂机理逐渐由韧性转变成脆性断裂。最近的研究中发现，当复合材料的结合力下降时，没有出现明显的可肯达尔效应。 1、引言 近年来，铜铝、铜银、铝镍、钛钢等 复合材料在工
3、业应用中越来越受到青睐。它们经常会呈现出较强的力学性能和位错抗性。达到冶金结合的铜铝复合材料经常被用在导电行业中，例如高直流总线系统的过渡段。因此材料的结合性对电学性能 有着很大影响。但是从冶金学的角度来看，铝和铜实际上是两种 并不匹配的金属 ，因为 它们在 120摄氏度以上加热时，在彼此间高的扩散亲和力作用下界面上会生成脆性、高电阻的金属间化合物。 因此 ，熔焊工艺不适合用于连接铜铝两种金属。这种复合材料可以使用固态焊接法制备，例如爆炸焊接、摩擦搅拌焊、扩散连接、交角挤压等。然而在众多方法中，制备大尺寸复合板材最为经济高效的方法还是轧制复合法。 轧制复合法是一种比较完善并且被广泛应用于不同金
4、属间的复合的方法。相对于热轧复合，冷轧复合法具有以下优势：第一、冷轧复合法制备的复合板材的每层厚度都比较均匀；第二， 在轧制时冷轧板材的表面质量更好，并且含氧率相对更低，这使得冷轧复合法更适合于制备铝铜这样的韧性复合材料。在冷轧过后， 通常会再经过一次退火热处理来增加复合板 材界面结合力。后续的热处理工艺既决定结合强度，又决定 材料的力学性能 。 前期的一些调查结果显示，铜铝复合板生产中前期的工艺参数对于产品最终性能有非常重要的影响。这些工艺参数包括表面处理、压下量、轧制温度、热处理温 度和时间，它们都显著影响着结合强度。根据一些以前对于轧制复合法 冶金结合机理的研究 ，在冷轧前用钢丝刷清洁铜
5、、铝板表面是一种非常有效的表面处理方 式，因为这样清理表面能够最大程度去除表面污渍，并使原材料获得 了良好的表面粗糙度 ；冷轧中大压下量可以提供大的形变能从而得到更稳定的结合；选用更合适的轧制温度也可以提升结合力。有一些关于轧制法制备铜铝复合板的研究表明，热处理过程中发生的界面反应，即界面间相变和可肯达尔孔的形成是复合板界面结合强度 产生差异 的主要因素。 随着热处理时间、温度的增加，可肯达尔效应越来越明显，可肯达尔孔洞聚集长大，导致扩散层结合变弱。 本 研究使用冷轧复合法制备铜铝复合板，通过不同热处理方法得到不同结构的界面。本研究的目标 是 研究不同热处理方法 ，诸如 温度、 加热 时间对铜
6、铝复合板界面力学性能的影响 。研究界面变化和断裂机理间的关系为控制工艺参数的制定提供了信息和参考。 2、实验过程 2.1制备铜铝复合板 本研究中用到的铜板是软铜 C11000，初始长宽高 为 300 65 0.8mm，铝板为软铝AA1050，初始长宽高 是 300 65 2mm，详见表 1。冷轧复合 使用实验室用 200吨冷轧轧机进行。轧辊辊颈 400mm，轧制速度 10m/min。在轧制前，铜、铝板在空气中进行化学清洗和机械抛光以获得干净光滑的表面。 将未轧制的板材包裹起来并在室温下轧制。 2.2材料的表征 在 200 、 300 、 400 、 500 温度下对复合板样本进行热处理，加热时间 15-90分钟不等。退火过程中温度偏差不超过 2 。 本实验使用剥离实验来测定铜铝复合板的界面结合力。剥离试验示意图见图 2。剥离试验使用英斯特朗公司的拉伸试验机进行，其上配备 50KN承重传感器，拉拔速度为 10mm/min。最终剥离强度用平均拉力除以板带宽度得到。断裂剥离强度可以用以下公式得到： 断裂样本 式中， 为断裂
