科创中国

现代科学技术的不断发展牵引着工程材料朝着复合化、功能化、高性能化、结构功能一体化和智能化方向发展,各行各业对材料的性能提出了更高的要求。各种新技术、新材料的应用也越来越广泛,单一的材料或金属已经很难满足现代化生产对材料综合性能的需求。为了使金属材料最大限度地发挥出其所具有的性能,其方法之一就是把性能不同的材料加以组合制成复合材料。双金属复合是利用先进的复合技术使两种物理、化学、力学性能不同的金属在界面实现冶金结合的一种新型复合材料,具有优异的综合性能,在国外广泛应用于交通、石油、化工、能源、电力、环保等诸多领域。钢、铜复合材料既具有铜的耐蚀、导电、导热等优良性能,又具有钢的良好的机械性能,可以代替铜用于多种领域,节省大量的铜资源,获得显著的经济效益,因而具有广阔的应用前景,越来越受到重视。只有深入探究钢铜复合界面的几何特征、化学键合、界面结构、微观组织、化学成分、界面的化学缺陷与结构缺陷、界面稳定性与界面反应极其影响因素,才能在更深的层次上理解界面与材料性能之间的关系,进一步达到利用界面工程发展新型高性能复合材料的目的。因此,开展对钢铜复合界面的研究,对认识界面复合机理、指导生产、提高产品质量具有重要意义。1.在真空度为10-2～10-3Pa下加热到1150℃保温90min,降温时通入纯氩气的高温真空+气氛熔铸法可制备铜钢双金属复合材料,其组织分布合理,在结合面出现“舌状”、“锯齿状”突起,界面清晰无气孔、夹杂等缺陷,并且存在一定宽度的过渡区域,有合金元素扩散现象。2.所制铜钢双金属复合材料的结合强度高,抗拉强度和剪切强度均超过T2铜和铜合金。拉伸试棒的断裂面出现在T2铜或铜合金处,剪切试样的断口均出现在复合界面处。钢/T2铜试样为韧窝式的韧性断裂,钢/TQAl9-4试样为撕裂棱加韧窝特征的准解理断裂,但它们在宏观上均表现出一定的塑性。3.不同组合的铜钢复合材料其过渡层的宽度略有不同,基体材料的合金元素越多的过渡层相对较宽,其宽度可达40～200μm。过渡区的显微硬度值相对两侧基体材料要大。4.结合界面主要存在熔合结合、表面扩散和晶界渗透三种复合形式,在高温真空情况下铜液沿固态钢料表面铺展弥漫发生固液熔合结合;由于两侧基体材料中所含合金元素不同而存在浓度梯度,其各自所含元素会从高浓度的区域向低浓度的区域进行扩散;液态金属原子优先沿晶界渗透扩散,扩散过程中会与晶体内原子构成一定浓度梯度,原子相互扩散形成了晶界扩散区。表面扩散和晶界扩散是形成过渡区的主要因素。申请2项发明专利,其中已获得授权1项。但是目前所制备的钢铜复合材料的界面复合机理还有待进一步探索和完善。