Cu/Al复合薄带轧制应力/应变场作用下的界面冶金行为

Cu/Al复合薄带是通讯电缆行业急需的基于高频传输信号"集肤效应"、以铝节铜、降低成本的新型复合材料。本项目通过系统分析Cu/Al薄带复合轧制及热处理工艺参数对复合带界面扩散层形成的交互作用规律，采用数值模拟手段，对Cu/Al复合薄带冷轧复合过程的界面力学行为建立定量数学模型；结合扩散理论，系统研究优化的冷轧复合-热处理工艺条件下，轧制应力/应变场对Cu/Al复合界面结合效果、扩散层生长及化合物形成的影响规律及相关机理，建立界面扩散层生长及化合物形成的动力学/热力学模型；在掌握界面冶金结合规律及机理的基础上，深入研究轧制复合界面应力/应变场及界面金属学特征对Cu/Al复合带导电性、焊接性能及成形性能的影响规律。项目研究可以在理论上完善双金属复合制备过程中工艺参数、界面特征与材料使用性能的交互关系这一关键问题，为实现铜/铝复合薄带的工业化生产提供理论和技术支撑。

本项目以射频电缆外导体用Cu/Al复合带冷轧复合制备技术为对象，系统研究了其复合轧制与热处理工艺，以及此过程中与界面反应相关的基础科学问题，取得以下成果：.1) 确定了以冷轧复合结合热处理为主的Cu/Al复合带产品制备工艺，其复合轧制压下率宜在70%左右，热处理宜采用低温长时退火工艺。.2) 掌握了Cu/Al带轧制复合过程中的变形规律，建立了组元变形量与总变形量之间的定量分配关系。.3) 系统研究了轧制与退火工艺对Cu/Al复合带强度、硬度、延伸率、成形性、导电性以及微观组织的影响规律，优化了工艺，阐明了机理。.4) Cu/Al带轧制复合的界面结合机理满足薄膜理论，研究表明大的复合变形量对扩散层的生长具有强烈的促进作用。.5) 在前人的研究基础上，进一步考虑变形能的影响，建立了轧制应变场作用下的Cu/Al复合带界面扩散层生长动力学模型，结果表明应变能通过降低扩散激活能、缩短孕育期而影响界面扩散层的生长。.6) 明确了Cu/Al复合带界面化合物的形成过程包括孕育期、局部区域形成岛状新生相、扩散层横向—纵向—横向生长、新金属间化合物形成和扩散层增厚等四个阶段。.7) Cu/Al复合带界面金属间化合物的种类从Cu侧到Al侧分别有Cu9Al4、CuAl和CuAl2，Cu/Al复合带界面扩散反应过程中，存在着空位扩散、表面扩散、晶界扩散等扩散机制。.8) Cu/Al复合界面扩散反应过程中金属间化合物的生成次序为CuAl2→Cu9Al4→CuAl，其过程受扩散动力学与热力学两方面因素的共同控制。.9) 进一步探索了热压条件下Cu/Al复合带的变形与扩散行为，建立了Cu/Al复合带高温变形抗力的数学模型及稳态流变应力本构方程。