不锈钢/铜精密带轧制复合机理及轧前预处理的影响机制

作     者：李江江 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马晓宝;刘晓

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：不锈钢/铜复合薄带 机械打磨 冷喷涂微喷丸 退火预处理 冷轧复合 退火工艺 

摘      要：不锈钢/铜复合薄带兼具强度高、耐腐蚀和优良的导电性与导热性,可用作微制造的结构和功能部件,在电子、计算机、医疗、航空航天等领域具有广泛应用前景。轧制法是一种生产连续性好、成形质量稳定、高效和低成本的复合板制备工艺。但由于薄带的比表面积大,难以嵌入预结合,板形问题突出,且铜容易氧化,通过轧制方法制备不锈钢/铜复合薄带存在一定的难度。为轧制高强不锈钢/铜复合薄带,本文中以304不锈钢与T2纯铜为基带,采用机械打磨、冷喷涂微喷丸两种表面预处理方式分别对金属表面进行表面预处理,通过显微维氏硬度计测量了基带表面硬度,利用表面三维轮廓仪和扫描电子显微镜(SEM)观察了薄带表面宏微观形貌,采用X射线能谱仪(EDS)分析了界面扩散层演变,利用万能拉伸试验机和折弯机测试了复合薄带力学性能。研究了不同预处理方式对轧后和退火后的复合性能影响,探讨了不锈钢/铜复合薄带的退火工艺。研究采用砂纸百叶轮和0.15 mm、0.175 mm、0.3 mm丝径钢丝刷对不锈钢基带表面进行打磨,采用低压冷喷涂不锈钢粉末对铜基带表面进行微喷丸处理。结果表明打磨和微喷丸处理,提高了表面粗糙度,促进了加工硬化。打磨钢丝刷丝径大,有利于提高基带表面打磨硬度,形成的表面硬化层分布均匀,表面相对粗糙,冷轧过程硬化层破碎更显著,有利于促进基带机械啮合,实现冷轧预结合。经微喷丸处理,铜表面呈凹坑状,铜表面粗糙度及硬度都大幅度提高,但界面机械啮合作用微弱。在450℃、600℃、800℃下对冷轧后的不锈钢/铜复合薄带进行退火。研究显示,随着退火温度提高,扩散层厚度变厚,不锈钢/铜复合带的结合强度升高,但高温退火容易脆性氧化物析出。当复合薄带进行800℃/1h的退火处理,复合薄带抗拉强度、延伸率、界面剥离强度分别为:529.02 MPa、30.64%、9.78 N/mm,过渡层厚度达1.54μm。保证退火温度不变(800℃),保温时间分别为30 min、1 h、2 h,经过性能测试分析发现,保温时间为1h时复合薄带的综合力学性能最优,高温大时长退火容易加剧脆性氧化物生成,易生成孔洞,对界面结复合质量产生不利影响。研究表明冷轧-退火工艺制备不锈钢/铜复合薄带,轧后主要是以物理机械啮合来实现不锈钢与铜之间的初步结合,轧前退火处理有利于促进不锈钢基带打磨硬化层撕裂,裸露新鲜金属;而铜表面微喷丸造成晶粒细化,增大晶界面积,有利于促进退火过程元素的扩散。不锈钢基带轧前退火和铜基带表面微喷丸有利于提升不锈钢/铜复合薄带综合力学性能。