扩散热处理工艺对铜铝复合界面层结构的影响

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铜铝复合板是一种良好的导热、导电复合材料,被广泛应用在电力、电子、电器、机械、冶金设备、建筑、汽车、能源和日常生活等各个领域中。目前,铜铝复合板的制备一般选择冷轧复合法,但是在轧制过程中仅使其达到机械结合,需要进行后续的扩散热处理使其达到冶金结合的目的,在扩散热处理的过程中,界面元素互扩散会形成扩散界面层,并伴有金属间化合物的产生,这种界面层组织结构对复合板的结合强度、力学性能、导热性、电学性能等将产生重要影响。因此,本文主要利用SEM、EDS、XRD和TEM等分析手段,研究了扩散热处理工艺对冷轧铜铝复合板界面的扩散过程及金属间化合物产生的影响,系统分析复合界面扩散层厚度、形态、组织结构与扩散热处理工艺参数的关系。实验结果表明,在扩散热处理温度一定的条件下,扩散层的总厚度和各个亚层厚度与扩散时间呈抛物线变化关系;在扩散热处理时间一定的条件下,扩散层厚度与热处理温度呈指数关系。其中扩散热处理温度是影响扩散层厚度的主要因素。金属间化合物的生长顺序为:首先,在扩散层初期,在铝侧形Al-Cu固溶体层,在铜侧形成Cu-Al固溶体层;其次,随着扩散的进一步进行,固溶体的浓度达到了形成金属间化合物的形成条件时,开始在界面处形成Al2Cu(θ)这种金属间化合物;再次,扩散继续进行,当铜侧的固溶体浓度达到Al4Cu9(γ)的形成条件时,开始生成Al4Cu9(γ2)这种金属间化合物;最后,扩散继续进行,铜侧和铝侧的金属间化合物继续生长,同时,在Al2Cu(θ)和Al4Cu9(γ2)的界面处形成AlCu(η2)相,即,形成第三个扩散层。依据阿累尼乌斯(Arrhenius)方程计算得到,Al2Cu(θ)相反应激活能为97.44kJ/mol;Al4Cu9(γ2)相的反应激活能为182.11kJ/mol;AlCu(η2)相的反应激活能为187.44kJ/mol;界面层组织总的反应激活能为150.91kJ/mol,建立了描述总扩散界面及各个金属间化合物层的厚度生长与扩散热处理温度和时间的定量方程式。
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