4343铝/4A60铝/08Al钢三层嵌入式复合带材冷轧工艺及其性能的研究

摘要

本文研究了4343铝/4A60铝/08Al钢三层复合材料制备工艺及其性能，这种复料主要应用于制备火电厂空冷系统的散热基管。散热基管必须具备耐高温、耐腐蚀、高强度、导热性，钎焊性等优点，基管表面钎焊一层3003铝翅片形成散热单元。由于4343铝具有钎焊性、导热性、耐腐蚀等性能，4A60铝材具备良好的耐腐性、塑性、导热性，而08Al钢材具有高强度、易加工性，价格低廉等优点，因此，4343铝/4A60铝/08Al钢复合后既具备耐腐蚀性又满足导热性以及力学性能，符合基管材料的要求。由于4343铝/4A60铝/08Al钢三层材料在高温钎焊和热交换过程中铝/钢界面极易形成具有脆性的金属间化合物(IMC，Intermetallic Compound)，金属间化合物的存在会极大地破坏基体间的冶金结合而导致铝钢分层，影响材料的导热性能和耐腐蚀性。本文采用冷轧复合法制备4343铝/4A60铝/08Al钢三层复合材料，因此，研究冷轧复合法制备铝/铝/钢三层复合材料的工艺及其性能具有深远意义。
　　冷轧复合法制备层状金属复合材料一般分为三个阶段:表面处理阶段…冷轧复合阶段--扩散退火阶段。基于4343铝/4A60铝/08Al钢材料，本文依照冷轧复合三阶段，借助激光共聚焦显微镜、万能电子拉伸机、纳米压痕硬度仪、金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射仪等试验检测分析手段，研究各个阶段工艺参数对材料最终性能的影响。具体研究内容和研究结果如下:
　　(1)表面处理阶段:
　　本阶段对实验室专用打磨设备进行了优化，精简了打磨设备的结构，设计了砂带表面处理磨具。结构的优化有利于便携性和稳定性;新磨具使参数具有可调性、多样性。
　　采用不同规格的钢丝刷和砂带处理钢表面，通过对比两种表面处理方式处理后的钢表面形貌、面粗糙度Sa、纳米压痕硬度以及冷轧复合后铝/钢界面的结合强度，结果表明:同等条件下，采用砂带表面处理优于钢丝刷，获得的复合材料结合强度更高。
　　(2)冷轧复合阶段:
　　本阶段研究了不同冷轧压下率与结合强度的关系，冷轧变形规律以及冷轧复合阶段的结合机理。结果表明:铝/铝/钢冷轧复合的最小压下率为15％，稳定压下率为50％;铝/铝/钢冷轧复合在压下率为45％～60％阶段，铝层和钢层逐渐达到协同变形状态;铝/铝/钢冷轧复合机理满足三阶段理论和薄膜理论。
　　(3)退火阶段:
　　本阶段研究了铝/铝/钢退火阶段的结合机理，探讨了退火温度和退火时间对铝/钢界面金属间化合物的生长行为的影响，确定了金属间化合物的主要成分。结果表明:铝/钢界面在热处理条件下发生了一定距离的元素扩散，材料由机械咬合转变为冶金结合，结合强度明显提高，铝/钢界面的结合机理满足扩散理论;铝/钢界面产生金属间化合物的临界温度约为580℃～590℃，且金属间化合物(IMC)的厚度与退火时间和退火温度呈抛物线关系，金属间化合物主要为FeAl3,Fe2Al5,FeAl等。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题背景

1．2．1 复合材料的定义及应用

1．2．2 层状金属复合材料的发展与国内外研究现状

1．3 课题的研究概况

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题的研究意义

1．3．3 课题的研究内容及目的

1．4 金属层状复合材料的制备工艺

1．5 轧制复合材料的结合机理

1．6 多层金属冷轧复合过程中的变形定律

1．6．1 多层金属冷轧复合过程中的最小阻力定律

1．6．2 多层金属冷轧复合过程中的弹塑性共存定律

1．6．3 多层金属冷轧复合过程中的体积不变定律

1．7 影响冷轧复合材料性能的因素

1．7．1 表面处理阶段的影响因素

1．7．2 冷轧复合阶段的影响因素

1．7．3 退火阶段的影响因素

第二章 试验方案及技术路线

2．1 试验材料

2．2 试验仪器与设备

2．3 试验的工艺流程

2．3．1 铝／铝／钢冷轧复合前的表面处理

2．3．2 铝／铝／钢三层材料的冷轧复合

2．3．3 铝／铝／钢三层复材的扩散退火

2．3．4 组织结构分析

2．3．5 力学性能的检测

第三章 表面处理的研究

3．1 实验室专用打磨设备的意义及优化

3．1．1 打磨设备结构的优化

3．1．2 打磨设备磨具的优化

3．2 不同打磨磨具对表面处理效果及复合板性能的影响

3．2．1 不同打磨磨具处理后的钢表面形貌对比

3．2．2 不同打磨磨具处理后的钢表面粗糙度Sa对比

3．2．3 不同打磨磨具处理后的钢表面纳米压痕硬度对比

3．2．4 不同打磨磨具处理后的铝／钢界面结合强度对比

3．3 本章小结

第四章 铝／铝／钢冷轧复合的方法及变形规律的研究

4．1 铝／铝／钢冷轧变形规律的研究

4．2 铝／铝／钢冷轧压下率与界面结合强度的关系

4．3 冷轧复合界面结合机理的研究

4．4 本章小结

第五章 退火工艺对冷轧复合材料性能的影响

5．1 铝／钢界面扩散退火阶段结合机理的研究

5．2 退火对复合材料界面化合物生长行为的影响

5．2．1 退火温度对复合材料界面化合物生长行为的影响

5．2．2 退火时间对复合材料界面化合物生长行为的影响

5．2．3 复合材料铝／钢界面化合物的EDS及XRD分析

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

声明

致谢