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3003/8090复层材料制备技术与界面表征

梁春晖  
【摘要】:金属复层材料是将两种或两种以上的金属材料通过一定的加工工艺复合在一起形成的一种新型复合材料,通过互补效应获得单一材料所不具备的性能,可以满足某些特殊环境下对材料的要求。在各种制备复层材料的方法中连续铸造复合方法由于可以提高产品生产效率,可以降低污染,同时又具有界面结合强度高和成本低等优点而越来越受到人们广泛的重视。然而,目前应用连续铸造方法制备的复层材料主要为普通商用铝合金以及铜合金等,未见用于制备超轻铝锂合金复层材料的报道。 本文利用自行设计制作的双金属复层材料静态模拟设备来模拟连续铸造过程制备3003铝锰合金/8090铝锂合金复层铸坯。为了确定复层铸坯的制备工艺,首先进行3003合金单侧拉坯实验,获得可以形成尽量薄又具有足够强度的半固态凝壳的工艺参数,随后采取正交试验的方式对各项工艺参数对复层铸坯制备制备过程中的影响进行分析,得到最佳的制备3003/8090铝合金复层铸坯的工艺参数,并以此参数成功制备出具有良好界面结合质量的尺寸为150mm×120mm×100mmm的复层铸坯。 采用金相显微镜、电子探针、显微硬度仪、拉伸试验机等设备对3003/8090复层界面的微观组织、成分分布、显微硬度分布以及界面结合强度等性能进行分析研究,研究结果表明复层界面清晰平直,没有气孔、夹杂等缺陷。8090合金液以3003合金半固态凝壳为异质形核基质进行非均匀形核并以平面生长方式在界面处形成一层厚度约为50μm的初生α-Al过渡层。界面处两种合金中的溶质元素存在相互扩散现象,扩散层的厚度约为80μm,两种合金之间以扩散结合的方式实现了良好的冶金结合,界面的结合强度大于101MPa。 通过对热处理后的复层试样进行分析发现热处理可以同时强化两侧铝合金及界面而不产生有害的影响。采用电子探针、透射电镜等设备对热处理强化的机制进行分析研究,结果表明3003合金的强化机制为固溶强化,8090合金的强化机制为固溶强化与析出强化共同作用,界面处的强化机制为固溶强化。


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