文摘

三种类型的复合表、铜/铝、铜/ AA5052、和铜/ AA5083由冷轧成键的滚动减少50%和75%。拉伸剪切测试给拉伸剪切强度进行以评估键的强度。扫描电子显微镜进行断裂界面产生的拉伸剪切测试,这表明骨折发生在铝合金层。拉伸剪切强度考虑存款的面积分数的Al合金铜一侧与剪切应力极限抗拉强度的转换。因此,复合片的拉伸剪切强度是由于铝合金层的抗剪强度接近保税接口。提出了一个简单的模型来解释的影响减少轧制和面积分数铝合金的存款。

1。介绍

复合材料具有优越的特性与各组成材料被广泛使用,可以用作复合材料和金属。例如,比铜铜/铝复合材料的密度比较小,热能和电气导率高于Al (1];因此,它们被用作轻型电线。这种金属复合材料可以通过机械合金化捏造,扩散接合,卷成键。特别是滚键可以产生大量的金属片状复合材料,也称为复合表,速度比其他方法如扩散焊接。

有两种类型的滚动键:一是热轧粘合,另一个是冷轧成键,其中定义是前者和后者高于和低于再结晶温度,分别。在热轧过程中,往往形成的界面金属间化合物层复合表。这些金属间化合物层将减少对铜/铝复合材料的粘结强度(1]。另一方面,有可能形成以来,冷轧成键键没有金属间化合物层临界扩散并不发生在过程温度较低。

李等人回顾了复合表的键的强度由冷轧成键数的组合fcc组合层和得出结论,充分结合能够达到fcc金属层之间很容易(2];Manesh准备铝/铁壳表使用卷成键和键的强度测量通过剥离测试(3]。Pozuelo等人测量了超高碳钢的键的强度/低碳钢试样冲击功复合表的测试和三点弯曲测试。据报道,减少轧制和表面粗糙度越高越高的展开组成层产生较高的粘结强度(4]。

有一些相关的模型和理论的结合和复合表的键的强度。Jamaati Toroghinejad表明,面临和表面污染层金属在滚键被破坏,处女表面出现裂纹的污染的表面(5,6]。一旦原始表面接触,结合两种金属之间实现(5,6]。然而,减少轧制和键的强度之间的关系没有提到。勒等人报道的影响在Al合金表面氧化层的厚度和滚动减少裂缝在表面氧化层的创建(7),但没有描述的结合。此外,据作者所知,由层的强度的影响粘结强度的复合表尚未完全了解。

在目前的研究中,选择三种类型的Al合金强度低于,几乎等于、高于铜。使用这些合金组合,我们将调查的影响减少轧制和强度由金属层粘结强度的铜/铝合金复合表。

2。材料和方法

2.1。材料

在目前的研究中使用的材料是纯铜(纯度:99.99% 4 n-cu)和三种类型的Al合金(纯度为99.99%的4 n-al AA5052, AA5083)。AA5052和AA5083的化学成分如表所示1。冷轧辊焊接前,合金和金属板1到2毫米厚度,宽度70毫米,150毫米长度和准备使用在环境空气炉退火873 K为7.2公里4 n-cu以及673 K为5.4公里4 n-al AA5052, AA5083。复合表1毫米厚度是用冷轧减少(%)的50%(1毫米厚表)或75%(2毫米厚表)。

2.2。冷轧辊焊接

尽管有许多参数影响冷轧成键等轧制条件下,形状因子在滚动,表面条件下,吸附污染物,氧化膜,表面制备方法、润滑条件,后热治疗(2),一个特定的累计辊冷轧条件结合(ARB)过程与润滑处理。指出,润滑条件是通过使用机油。

ARB流程是一种严重的塑性变形过程,允许给予大量的塑性应变对金属表为了制造超细颗粒(UFGs) [8,9]。冷轧辊焊接的过程中使用本研究中使用的几乎是一样的ARB流程。冷轧辊结合由三个步骤组成。首先,退火板的表面是使用丙酮清洗,和一边的床单被wire-brash表面处理。其次,4 n-cu表和一个铝合金板堆叠,然后创建了四角四孔钻。然后,这两个金属板被金属导线挂钩。第三,卷成键实现使用轧机辊直径是250毫米轧制速度的21个rpm和两种类型的滚动减少;一个是50%,另一种是75%。这里,应该指出,50%的滚动减少是由一条路径,而75%的是由三个路径,以减少热量和保护轧机过程。的平均应变率之间的卷焊是10年代⁻¹和30年代⁻¹。在这里,平均应变率相当于轧制压力除以时间。因此,两个金属层组成的复合表是捏造的。

热生成的有效的预防是非常重要的因为气温上升可能会产生金属间化合物层之间的金属板将恶化键的强度。这里,协调样品被定义为轧制方向(RD),正常方向(ND)和横向(TD)。

从这一事实后板的长度减少50%和75%的滚动几乎成为了两次,四次,分别。因此,在冷轧塑性变形可以近似为平面应变压缩ND和沿TD的长度变化可以忽略。

金属板的组合4 n-cu / 4 n-al, 4 n-cu / AA5053, 4 n-cu / AA5083。因此,有六个类型的样本与金属的结合和减少厚度。在此,样品被指示为金属和厚度减少,如铜和铜/ aa5052 / al - 50% - 75%。在这里,需要注意的是,厚度减少值有一个分散的几个百分点,但这不同厚度的减少并不影响维氏硬度金属板。因此,公称厚度减少值用于这项研究。

2.3。机械测试

维氏硬度测试是使用硬度机MXT中-α1 (Matsuzawaseiki)的负载300 gf。维氏硬度测试的标本从金属板使用wire-electric电火花机床。飞机正常的TD表用于维氏硬度测试。标本的表面抛光机械,通过抛光1完成μm钻石液体(Refinetech)。7分切标本上的每一个标本,用于测量维氏硬度和五值的平均值不包括被视为最高和最低的值的标本。的卷保税标本,测量的金属层被选出的点。通过这种方式,这是确认几%的差异不会影响冷轧后由层键如前所述。

两种类型的机械测试,进行了单轴拉伸测试和拉伸剪切试验,用拉伸试验机NMB TG-50 kN (Minebea)在室温下(保留时间)。试样的单轴拉伸测试是减少使用wire-electric电火花机床,和标本的表面机械抛光使用碳化硅纸# 4000。如图1(一)标距长度,宽度,厚度10毫米,3毫米,分别和1毫米。拉伸方向是沿着TD,单轴拉伸测试的初始应变速率为8.3×10⁻⁵年代⁻¹。从复合表获得一些单层标本使用机械抛光,他们表示这样的喜欢Cu-Cu /和AA5052-Cu / aa5052 al - 50% - 75%。拉伸剪切试验的标本被减少使用wire-electric电火花机床是矩形形状的尺寸是30毫米的长度,宽5毫米,1毫米的厚度,如图1 (b)。标本的表面机械抛光使用碳化硅纸# 1000,然后两个缝捏造wire-electric电火花机床,如图1 (c)。之间的距离两个狭缝是不同的每个样本,以限制的最大应用负载在拉伸剪切试验。因为当外加应力超过屈服应力保持层两个狭缝,弯曲发生在狭缝和准确的拉伸剪切试验无法进行。拉伸剪切试验的标本的详细信息列在表中2。

2.4。观察骨折的接口

拉伸剪切试验后,摧毁了辊的表面键合界面被数码显微镜观察vhx - 500(日本基恩士)。背散射电子图像(贝)的分层表面获得使用扫描电子显微镜(SEM)地产- 7001 f (JEOL)和场发射枪和加速电压15千伏。也证实了能量色散x射线谱(EDS)杰德- 2300装备在另一个SEM地产- 7100 f (JEOL)上的差异对比贝是由于金属的区别。二维EDS映射进行了加速电压和照明目前15 1.8 keV和nA。数据分析使用一个软件分析站(JEOL)。因此,断裂界面上的明亮和黑暗的区域是由铜和铝合金地区,分别。图像阈值是申请获得贝,铜和铝合金区域的面积分数是评估。

3所示。结果与讨论

3.1。单轴拉伸韧金属板的测试

如图2,真应力与真应变曲线(s)退火组成表(4 n-cu, 4 n-al AA5052, AA5083)使用单轴拉伸测试。曲线和一个假设的计画在恒容条件下拉伸试样变形均匀。应该指出的是,上述假设是不满意一旦柱头后发生真正的压力达到极限抗拉强度(ut),但这样的塑料不稳定地区的s曲线应该视为咨询价值。

可以看到,AA5083屈服应力最高之后为了AA5052, n-al 4 n-cu, 4。加工硬化后,极限抗拉强度(ut) 4 n-cu AA5052变得与和总伸长是最大的4 n-cu。

AA5000系列是一个著名的Al-Mg固溶强化型合金、和镁的浓度的差异影响力学性能。实际上,UTS AA5083高于AA5052。s曲线的一部分AA5052和AA5083显示花键与动态应变时效(10]。

3.2。单轴拉伸测试的床单和层组成

图3显示了复合的s曲线表和复合层对铝/铜(a) - 50%, (b)铜/ al - 75%, (c)铜/ aa5052 - 50%, (d)铜/ aa5052 - 75%, (e)铜/ aa5083 - 50%, (f)铜/ aa5083 - 75%。这些曲线显示加工软化,这是由于柱头。从s曲线,证明压力0.2%,复合的生产表,计算和复合层如图4和5,分别。的s曲线组成层复合表显示,直到达到断裂自横截面面积表突然下降,甚至很难使用它们为咨询趋势由于s曲线的假设是在恒容条件下均匀伸长。的铜/铝复合表,没有明显的断裂组成的层,这样整个s曲线显示。

所有铜层和职能层显示延性s曲线,而AA5052和AA5083层断裂后突然达到塑料不稳定地区。它类似于s曲线的情况下的退火AA5052和AA5083表也突然断裂,如图2。

从变形应力的角度来看,s曲线的铜/铝和铜/ AA5052复合表似乎几乎平均的s曲线组成的层。另一方面,目前尚不清楚讨论的变形应力和铜/铜/ AA5083 - 50% AA5083 - 75%以来的变形应力复合表与铜或可比AA5083层。

然而,复合表可以被认为是两层组成的复合。如果分数的横截面积是正常的拉伸方向由铜和铝合金层和分别平均压力可以写成(11- - - - - -13] 在这里,和铜和铝合金层的压力,分别。铜和铝合金层的厚度几乎相同在这项研究中,因此,生产试验应力的值0.2%,复合表及其组成层是合理的。0.2%的耐力和所有的生产由层增加而增加组成的,这是与加工硬化层在滚动。

3.3。拉伸剪切复合测试表

图6显示包层的拉伸剪切试验的结果表。左和右列显示负载与十字头位移和剪切应力与十字头位移,分别。在这里,评估使用和焊接的面积用一个方程。上面,中间,和底部行显示的结果铜/铝、铜/ AA5052和铜/ AA5083穿衣表,分别。

的- - - - - -曲线相同的复合片与滚动显示类似的梯度减少50%和75%的初始弹性阶段拉伸剪切测试包的所有表。如果占主导地位的弹性变形发生在noncut层两个狭缝,可以理解。所有复合层的厚度约0.5毫米和标本的宽度是相同的如表所示2,弹性模量对变形的程度。因此,最初的梯度弹性阶段- - - - - -曲线往往是相同的,当未组成层两个狭缝变形弹性。然而,当超过某个点,- - - - - -曲线变得不同。

趋势在弹性区域分类有两种类型:一是铜/铝和其他铜/ AA5052和铜/ AA5083。在前一种情况下,增加而增加和达到的最大值,然后逐渐减少至零增加。在后一种情况下,增加与增加然后达到一个高原。最后,标本突然骨折与增加。

的- - - - - -曲线明显显示的效果为键的强度显示在右列图6。越高增加明显的剪切强度,这是最大的,断裂伸长的标本。

3.4。观察骨折的接口

后的界面使用SEM观察骨折拉伸剪切试验。值得强调的贝铜的一面似乎部分由铝合金,而贝的铝合金边似乎只有铝合金。虽然铜一侧的形态是不同的在所有的样品中,铝合金的形态学方面几乎是相同的,如图7。明亮和黑暗区域对应于铝和铜合金,分别如上所述在材料和方法部分。

因此,只有贝铜侧图所示8和讨论。矿床的形态Al合金铜一侧沿RD当细长的TD和分离是50%。当是75%,面积较大的价格相比似乎覆盖了50%的情况下。尤其是最地区铜/铜-铜的一面似乎覆盖了75%。

图像阈值应用到贝和基地的面积分数存款铜一侧是评价如图9(一个)。越高结果越高。它可以还表示,由铝合金层的高强度越小,特别是在高。铝合金的沉积铜一侧表明铝合金被拉伸剪切变形测试和骨折发生在铝合金层。

如图9 (b),明显的拉伸剪切强度可以被评估- - - - - -曲线,但应该考虑的拉伸剪切强度如果拉伸剪切强度铝合金层的剪切变形。修正后的拉伸剪切强度评估从使用显示在图9 (b)。应该强调在这项研究中作为键的强度。

铝合金层的剪切强度可以转换生产的铝合金层使用以下假设。•冯•米塞斯的方程允许三维应力状态转化为单轴应力状态(14]: 单轴应力状态的意思,因此,(2)可以改写如下: 另一方面,纯剪切应力状态的含义,因此,(2)可以改写如下: 使用(4),生产铝合金层可以转换为剪切强度作为显示在图9 (b)。

和相当值减少75%的情况下滚动,而几乎是两倍在50%的减少。更高的滚动减少()被认为是形成大面积的强键的强度在铜和铝合金层之间的接口。因此,实际断裂发生在铝合金层在拉伸剪切试验的情况,弱保税区并不影响。另一方面,较低的滚动减少()被认为形成小面积分数的保税区,因此,分离在弱键合界面拉伸剪切测试也会影响的。因此,是高估了。

3.5。提出的模型

为了理解上面的结果,提出了一种模型有三个假设如下。首先,退火金属表面被表面覆盖层等原生氧化。其次,表层是非常脆弱的,因此,没有塑性变形发生在表层。第三,不同金属之间的成键发生只有当圣母表面相互接触。如果满足这些假设,在辊焊接表面脆性层被摧毁和原始表面出现裂纹沿着TD拉长。

图10示意图说明靠近界面冷轧前后结合基于提出的模型。三种类型的接口可以假定在图11;a接口不是保税接口、b接口是一个绑定式接口,c型接口是一个弱键合界面。金属键预计只有在b接口。拉伸剪切测试执行时,剪切变形发生在铝合金层接近保税b接口,和存款的Al合金铜的一面。这就是为什么Al的存款是细长的RD TD和分离。

严格来说,存款的分离也会发生在TD如果贝仔细检查,也可以理解该模型由于小伸长以及TD滚焊后约1.5%。

3.6。区域的一部分存款和滚动减少之间的关系

实验结果显示,高结果在更大的。换句话说,更高结果形成好保税b接口的可能性更大。简单的方程是用来定量解释结果。

让我们考虑一个由层的塑性变形前后滚动。在这里,我们假设层满足恒容条件和理想平面应变压缩。因此,(5)是满意的。考虑以下: 在这里,和前板的长度和厚度,分别。和在轧制后的长度和厚度层,分别。表层又认为是很脆弱的,因此,表层也的总长度之前和之后的卷成键。因此,预期的原始表面的概率可以使用(描述如下5): 在这里,被定义为 方程(8)可以从(6)和(7)如下: 方程(8)也表明更高预计大,很明显。

如果处女表面出现完全随机滚动键后,预期的概率以及保税b接口只是写如下: 在这里,和是分别对铜和铝合金。和是降低轧制铝和铜的合金层,分别。和几乎是一样的吗在这项研究中。

图10显示之间的关系和。虚线代表的预期在方程(9)。几乎所有的似乎定位在虚线或接近,因此,该模型可以解释在这项研究中使用的情况。然而,铜/ al - 75%的结果偏离预测行基于简单的模型。这可以归因于大伸长的s曲线行业/ al - 75%。在铜铝层的拉伸剪切试验/ Al - 75%,预计大型伸长的铝层。然后,undeposited区域可以由细长,和存款的面积是高估了。

4所示。结论

在这项研究中,三种类型的复合表:铜/铝、铜/ AA5052和铜/ 5083是冷轧辊制造的,结合的滚动减少50%和75%。拉伸剪切试验进行为了测量键的强度。SEM观察表明断裂发生在铝合金层接近接口。因此,在铜端骨折接口的一部分被覆盖后的铝合金拉伸剪切试验。铝合金的面积分数存款在铜端测量。如果减少轧制是相同的,存款增加而减少的面积分数的强度铝合金层。所有的表显示面积较大的一部分存款75%的减少轧制相比,在50%的减少。拉伸剪切强度的差异,被认为是复合表的键的强度,可以被理解为,由层的强度和面积的一部分定金。存款的面积分数之间的关系,减少轧制可以用一个简单的模型来解释提出了研究。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

本研究在经济上支持科学研究补助金”大部分纳米金属“没有创新的区域。22102006通过教育部,文化,体育,科学,和技术(下边了),日本。作者最感激教授佐藤本片,日本宇宙航空研究开发机构(JAXA),对轧机的使用在他的实验室。