用累积叠轧工艺制造异种金属复合材料

   2020-09-01 互联网中国铸造网11040
核心提示:累积叠轧工艺是制备高强度超细晶块状金属材料的一种剧烈塑性变形工艺。近期的研究指出,这种工艺也能够用于

累积叠轧工艺是制备高强度超细晶块状金属材料的一种剧烈塑性变形工艺。近期的研究指出,这种工艺也能够用于制备异种金属的多层复合材料。多层复合材料由于其优越的力学性能、电学性能和磁性,受到材料领域学者的广泛关注。目前生产多层复合材料的主要方法有涂层技术,如离子溅射和离子蒸发、扩散结合、反复挤压-轧制工艺和反复折叠-轧制工艺,但是这些方法大都需要昂贵的设备和复杂的工艺,限制了其在工业上的应用。累积叠轧技术由于方法简单、设备便宜,有望成为生产多层复合材料较合适的工艺。

目前的异种材料累积叠轧,首先要制备出三明治结构的试样,再进行累积叠轧;初始三明治坯料经过一个道次后,B相金属已经连续地镶入A相金属中,经第二道次或第三道次后,B相金属局部开始发生颈缩和断裂,随着累积叠轧道次的增加,B相金属分离,均匀地分散在A相金属中,最后形成以A相金属为基体、B相均匀弥散分布的复合材料。

检验结果表明,异种材料累积叠轧试样的强度比其母材有大幅度的提高。例如,抗拉强度为235MPa的Al与抗拉强度为278MPa的Ni经累积叠轧后抗拉强度提升到370MPa;抗拉强度为349MPa的Cu与抗拉强度为180MPa的Ag经累积叠轧后抗拉强度提升到661MPa。

叠轧材料的高强度是由多种强化效果共同作用产生的,包括大变形强化造成的晶粒细化强化效应,应变硬化强化效应等。多道次轧制后材料内部出现了大量的复合界面,这些界面呈现出明显的纤维状,对材料起到强化作用;同时,多道次后破碎的表面氧化膜均匀地弥散分布在基体材料中,也起到了一定的强化作用。另外,不同材料晶格结构和弹性模量的不同,在累积叠轧的大变形过程中,互不兼容的两相金属在共同变形时产生了一定的残余应力,引起材料的强化;同时,经过多个道次,异种材料中的硬相被剪切破碎,并均匀弥散地分布在软相基体中,形成第二相粒子的弥散强化。

除了上述一相弥散混合于另一相的混合型复合材料,针对现在市场上需求量大的层状复合材料,目前正在研究采用叠轧工艺生产A-B或A-B-A型层状复合材料,特别是超薄复合带,作为一种新型的电子功能材料,在电子元件制造业以及电子通讯信号传输领域有着广阔的应用前景。目前制备超薄复合带的主要方法,有电镀法、涂覆法、物理化学覆层法等,这些方法在一定程度上都会对环境造成污染,并且制备的复合带结合强度不高,外层金属易于脱落,而累积叠轧技术在超薄带制备上易于实现大规模工业化,同时不存在环境污染问题,其制备的超薄带结合强度高,可以成为制备超薄复合带的最佳工艺。因此,异种材料超薄复合带有望成为累积叠轧技术新的应用领域。(一员)


 
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