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《中国石油大学》 2009年
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Cu-Al-Ni三元体系界面反应研究

尹海龙  
【摘要】: 异种材料的界面反应是材料科学中普遍存在的现象,同时是材料连接、粉末冶金、机械合金化以及复合材料等工艺方法中影响最终产品质量的关键因素。因此,研究界面反应的规律具有重要的理论和实际应用价值。本课题采用“铆钉法”制备Cu-Al-Ni三元扩散偶,将扩散偶在不同工艺条件下进行退火热处理后,利用彩色金相、显微硬度和扫描电镜等测试方法对界面扩散层特征进行观察分析。研究结果表明:对Cu-Ni界面,界面反应都形成无限固溶体,扩散层没有清晰的界面,只有颜色的变化,只是随着热处理温度的提高颜色变化更加明显。对Al-Cu和Al-Ni界面,扩散偶在不同的热处理条件下界面反应现象并不相同,按照扩散层特征的不同,可以把界面反应分为低温、过渡和高温三个反应阶段。在500℃下保温25-125h以及在520℃下保温25-100h的条件下,界面扩散层比较狭小,最终Al-Cu界面亚层结构为Cu/Cu4Al3/CuAl2/Al;Al-Ni界面亚层结构为Ni/Ni2Al3/Al。在520℃下保温125h以及530℃下保温25-50h的条件下,Al-Cu界面上固溶体Al(Cu)到达共晶温度形成液相,使扩散层迅速向Al基体内部扩展,最终形成的亚层结构为Cu/CuAl/CuAl2/Al+CuAl2/Al。Al-Ni界面上由于液相Al的存在,Ni元素溶解形成浓度梯度,浓度较高处形成化合物NiAl3,最终形成的亚层结构为Ni/Ni2Al3/NiAl3/Al。在540-600℃下保温不同时间的条件下,Al基体完全消耗完毕形成反应区,在550℃下反应区内部形成共晶组织CuAl2+Al,Cu元素浓度较高处和Cu基体上形成化合物,最终亚层结构为Cu/Cu3Al2/Cu4Al3/CuAl/CuAl2/CuAl2+Al。Al-Ni界面仍然包括两个亚层,亚层结构为Ni/Ni2Al3/NiAl3/CuAl2+Al。600℃下反应区完全被CuAl2所占据,CuAl相呈树枝状向反应区内部生长,在Cu基体与反应区之间包括六个亚层,最终亚层结构为Cu/Cu3Al/Cu9Al4/Cu3Al2/Cu5Al3/Cu4Al3/CuAl/CuAl2+CuAl。Al-Ni界面亚层结构为Ni/Ni2Al3/NiAl3/CuAl2+CuAl。最后应用EET理论研究了扩散偶基体和扩散层金属间化合物的价电子结构,根据计算结果初步定性分析了实验现象和扩散层性能。
【学位授予单位】:中国石油大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG111.6

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【引证文献】
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