钢/铝复合板界面行为的研究

作     者：朱小锋 

作者单位：东北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王群骄;于九明

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：钢/铝复合板 Si含量 热轧复合 扩散退火 金属间化合物 

摘      要：随着当今科技和经济水平的飞速发展,人类社会已经对金属材料提出了越来越苛刻的要求,单一种类的金属材料往往难以同时满足实际使用过程中多方面性能的要求。钢/铝层状复合材料具备了钢的耐磨性和良好的力学性能及铝合金良好的导热、导电、耐腐蚀性和密度低的优点,在汽车、航空、炊具和家具领域有着广泛的应用前景。因此,如何提高钢/铝复合材料的界面结合性能成为我们研究的一个重点课题。本文中,我们采用在铝中添加不同含量的Si元素后,再将铝硅合金与低碳钢、不锈钢进行冷轧复合,通过选取不同的扩散退火制度,来制备界面结合强度高的复合板材。实验中,我们利用了金相显微镜、扫描电镜、EDS能谱分析和弯曲试验机,来分析在不同退火温度和时间下,复合板界面的金相组织、界面处金属间化合物的生成规律及复合板剥离断口位置,并且分析了复合板界面金属间化合物的热力学生长行为这一问题,得到以下几条主要结论:(1)退火制度影响复合板界面化合物生成与长大。随着退火时间的延长和退火温度的升高,低碳钢/铝复合板界面化合物陆续开始形成,且厚度逐渐增大。含硅量为2.41%的低碳钢/铝复合板在610℃退火温度以下,界面没有化合物;在610℃退火温度下,界面化合物岛状分布,最厚在15μm左右;在625℃退火温度下,界面化合物连续且厚度达到60μm左右。(2)退火温度影响复合板界面结合强度。Al-2.41wt.%Si合金/低碳钢复合板在610℃热处理温度以下,剥离断口处在铝基体上,剥离面表现出塑性断裂特征,复合板结合性能良好。在625℃热处理退火后,剥离断口处在脆性相FeAl3上,复合板剥离面为脆性状态,复合板结合性能差。(3)Si含量影响复合板界面化合物生成与长大。低碳钢/铝复合板在低于610℃退火处理时,当硅含量介于1.76%～2.41%时,复合板界面化合物几乎没有,此时硅抑制了化合物的生成;当硅含量介于3.74%～5.38%时,复合板界面生成较厚的化合物,此时硅促进了化合物的生成与长大。(4)Si的添加影响低碳钢/铝复合板界面化合物的组成。在610℃退火温度下,Al-3.74wt.%Si合金/低碳钢复合板界面化合物沿铝侧向钢侧依次为A14.5FeSi、Fe2A15;低碳钢/纯铝复合板界面生成单一化合物FeA13。(5)不锈钢/铝复合板界面化合物生成临界温度低于低碳钢/铝复合板。Al-1.76wt.%Si合金/低碳钢复合板界面化合物生成温度为625℃,而Al-1.76wt.%Si合金/不锈钢复合板化合物生成温度为580℃。不锈钢中的Cr元素固溶在界面化合物中,并促进了化合物的生成。