强磁场处理铜铝冷轧复合薄带界面形态演化规律及其与组织性能相关性研究

在铜铝轧制复合薄带热处理过程中施加不同强度、不同作用时间的均恒强磁场和梯度强磁场，通过界面组织观察和力学性能测定，研究强磁场对铜铝冷轧复合薄带界面的形态演化过程、化合物分布、复合带力学性能的影响规律，建立强磁场作用下界面的扩散动力学；研究强磁场下的基体回复、再结晶的影响因素以及影响机理，明确强磁场作用下再结晶核心的形成与长大机制；通过理论计算与实验研究，从动力学角度明确铝中适量添加Si、Zn等元素合金化后，其对界面铜、铝扩散的抑制机理，揭示界面形态与界面化合物的演化规律； 通过铝中适量添加Si、Zn等元素合金化与施加强磁场双重作用抑制界面反应，揭示其对界面扩散的抑制作用规律，建立界面形态与界面化合物及强磁场参数的关系模型，实现复合带的界面形态可控，该项目的研究将极大丰富电磁场理论和推动我国复合材料的研究与应用水平。

铜铝轧复合薄带替代纯铜带用做电缆屏蔽带，而生产中如何控制复合带的界面形态，提高复合带的综合力学性能，这是本项目所要解决的基本问题。.主要研究了铝在Si、Zn合金化后，复合带界面形态变化及界面化合物的形成特点；界面附近扩散等传输行为及铝原子、铜原子的扩散促进与扩散抑制的机理；强磁场作用下界面上元素扩散行为的动力学本质；不同磁场强度、不同加热温度和不同施加时间对复合带的强度与塑性的影响规律。.1、复合带的抗拉强度和屈服强度随保温时间的延长都显著降低，而延伸率大大提高。这是因为在轧制过程中消耗的功，绝大部分转变成热而散发掉，一小部分能量以弹性应变和增加金属中晶体缺陷的形式储存起来。而随着保温时间的延长，复合带的内部显微组织逐渐发生变化，向稳定态转变。在退火过程中储存能逐渐降低，材料的位错密度降低，材料的硬度和强度与位错密度成正比。.2、硅元素对界面组织性能的影响作用是双面的，低温较短时间下（200℃×2h、300×0.5h）硅的存在对界面处金属间化合物的生长存在一定的抑制作用，高温长时间热处理（500℃×2h），硅元素的抑制作用减弱。硅元素起到细化基体晶粒作用，但对扩散层的显微硬度影响不大。.3、在界面处金属间化合物形成的顺序分别为CuAl2，Cu9Al4，CuAl，在300℃和400℃退火处理时，CuAl2相生长速度比Cu9Al4相快，在500℃处理时，界面处Cu9Al4相的生长速度快于CuAl2相。在铝基板中添加硅、锌元素，能够促进界面元素的扩散，有助于界面达到冶金结合，对复合板界面的结合强度具有有利影响，但是使复合带导电性能有所下降。.4、从0T到9T区间变化，热处理过程中磁场强度对界面扩散层厚度的影响规律是先增加后减少，在0.1T时界面扩散层的厚度达到最大值，对应显微硬度也最大，然后随着磁场增加，界面厚度减小，但在1T时界面扩散层依然大于不加磁场情形。磁场方向也影响界面扩散，正向时的扩散层厚度要比反向小。 .5、随着热处理温度升高，界面扩散层厚度增加，但在350～400℃区间界面生长速度加快，在磁场强度为0.1T时，400℃保温30 min界面扩散层厚度为9.9 μm。在不同的热处理时间下，界面扩散层符合抛物线生长规律，从铝硅合金到铜的三层化合物分别是Al2Cu、AlCu、Al4Cu9。.项目的完成对于复合材料的深入研究有重要理论意义和实际价值。