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稀有金属材料与工程 2017年第10期46卷 2943-2949页

作者：金艳婷梁淑华姜伊辉邹军涛西安理工大学陕西省电工材料与熔渗技术重点实验室陕西西安710048

将cuw假合金表面部分Cu腐蚀掉,预留100~200μm厚度的W骨架,随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层,最后在700℃下用固-液连接的方法制备出cuw/al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构,分析了界面扩散溶解层... 详细信息

将cuw假合金表面部分Cu腐蚀掉,预留100~200μm厚度的W骨架,随后通过化学镀在W骨架上形成多孔结构Ni扩散层,最后在700℃下用固-液连接的方法制备出cuw/al整体材料。比较了不同保温时间下界面扩散区域微观组织结构,分析了界面扩散溶解层金属间化合物析出序列。结果表明,cuw/al界面间多孔结构Ni中间层可有效抑制柱状al_2Cu相的生成和柯肯达儿孔洞裂纹的产生,界面处生成物主要以al_2Cu和al_5W化合物为主。添加多孔结构Ni中间层可提高cuw/al界面结合性能和电导率。

关键词： cuw/al界面 Ni中间层微观组织金属间化合物

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Ni中间层对cuw/al界面组织及性能的影响

Ni中间层对CuW/Al界面组织及性能的影响

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作者：金艳婷西安理工大学

学位级别：硕士

鉴于铜合金和A1在性能和经济上的互补性,用A1或A1合金代替cuw/CuCr触头材料中CuCr部分制备cuw/al整体材料,可有效降低触头材料的生产成本,提高市场竞争力;但是,前期实验发现cuw与al界面易发生反应生成硬脆且电阻极大的金属间化合物,严... 详细信息

鉴于铜合金和A1在性能和经济上的互补性,用A1或A1合金代替cuw/CuCr触头材料中CuCr部分制备cuw/al整体材料,可有效降低触头材料的生产成本,提高市场竞争力;但是,前期实验发现cuw与al界面易发生反应生成硬脆且电阻极大的金属间化合物,严重影响了界面结合强度及导电性能本文提出在cuw/al界面间添加Ni扩散中间层的方法来阻挡界面金属间化合物的生成,在cuw表面制备多孔结构Ni层后与al熔接形成cuw/al整体材料,研究了添加多孔结构中间层后界面扩散溶解层的组织结构及形貌的变化,探讨了界面扩散溶解层组织形成的微观机理,分析了扩散溶解层金属间合物生成序列及扩散层生长规律;cuw表面化学镀Ni后与al进行固态扩散连接形成cuw/al整体材料,研究了不同温度下界面扩散层组织形貌、物相组成,分析了材料的界面结合强度,结合热力学计算讨论了界面扩散层各相的生成规律。通过实验分析和理论计算得到如下结论:1.采用化学镀的方法在cuw表面制备多孔结构Ni层,将表面具有多孔结构Ni层的cuw合金与al熔接形成cuw/al整体材料。相比于直接熔接,添加多孔结构Ni中间层后制备的cuw/al界面扩散层最明显的变化是柱状al2Cu组织减少,共晶A12Cu组织增加,A15W组织分布更加均匀,cuw侧孔洞及裂纹减少。***表面制备多孔结构Ni层后与al·熔接的cuw/al界面扩散溶解层主要生成相为A12Cu和A15W;主要由颗粒状扩散溶解层、柱状al2Cu扩散溶解层、共晶扩散溶解层和针棒状扩散溶解层四个区域组成。多孔结构中间层有效阻挡了铝铜化合物的生成,界面剪切强度和al侧电导率均随保温时间的增加呈先增后降的趋势,700℃保温60min工艺下达到最高,分别为46.07MPa和23MS/m。3.对cuw/al界面铝铜化合物相析出序列进行分析,从热力学角度出发,cuw/al界面扩散溶解层首先生成alCu化合物相,再形成al2Cu化合物相。对扩散层生长规律进行分析,700℃保温较短时间(小于30min)时,扩散层厚度与保温时间呈线性增长趋势,扩散层的生长主要受界面化学反应速率的控制;随保温时间延长(大于30min),扩散层厚度与保温时间呈抛物线增长趋势,扩散层的生长主要受界面两侧溶质原子扩散速率的控制。4.在cuw表面镀Ni后与al进行固态扩散连接制备成cuw/al整体材料。界面分析表明,不同温度下界面扩散层生成相为al3Ni2、al3Ni化合物和部分Cu-Ni固溶体;界面处al3Ni2相最先生成,al3Ni相由A13Ni2相与A1的扩散反应形成。Ni中间层有效阻挡了铝铜化合物的生成,界面剪切强度随扩散温度升高呈先增后减的趋势,550℃保温60min工艺下界面剪切强度最高,为29.69MPa。5.通过热力学分析,cuw/al界面处首先形成al3Ni2相,再形成al3Ni相,这与实验结果相一致;界面扩散层厚度与扩散温度呈指数关系。

关键词： cuw/al界面 Ni中间层微观组织金属间化合物形成机理

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