218 工程科学学报，第42卷，第2期 1250℃，铝铸造温度为780℃，铝液芯管长度为20mm, 铝液导流管长度20mm、拉坯速率60 mm:min和 通过改变拉坯速率(40、60、80和100 mm:min)和 -次冷却水流量1000Lh. 一次冷却水流量(800和1000Lh)研究工艺参数 对铜铝复合板坯复合界面层进行微观结构观 对铜铝双金属复合板带复合界面层组织和性能的 察和能谱分析，结果如图4所示.可以看出，复合 影响 板坯存在一个Cu、Al元素相对稳定的复合界面 1.3测试分析方法 层，厚度约为100m.从图4(a)和(b)可以看出， 采用线切割在制备的铜铝双金属复合板上取 复合界面层由两种金属间化合物和共晶组织组成. 10mm×10mm×20mm试样，经砂纸磨光、机械 表1为图4中各点的能谱分析结果.能谱的 抛光后采用ZEISS EVO18扫描电镜观察复合层结 点扫结果表明，从铜侧到铝侧的复合界面层中铜 构形貌，测量复合界面层厚度.采用BRUKER 铝原子的比例可以分为三种：wCu:wA=9:4、 QUANTAX EDS能谱分析复合界面层及附近区域 WCu:WA1:2和wCu:wAF1:4.再结合铜铝二元 内Cu和Al元素的分布规律.采用XD-1000T硬度 相图和复合界面层的显微结构可以初步判断从铜 仪分析复合界面层和Cu、Al基体的显微硬度.采 层一侧到铝层一侧，复合界面层可分为三个亚层， 用拉剪测试的方法测定铜铝复合板的结合强度， 依次为1：Y相(Cu,A4)层、L:0相(CuAl2)层和IⅢ： 参照《GB/T30586一2014连铸轧制铜包铝扁棒、 a+0相(a-A+CuAl2)层，I层和Ⅱ层均为铜铝金 扁线》在10kN万能试验机上对试样做拉剪测试， 属间化合物，Ⅲ层为共晶组织. 拉剪实验过程如图2所示.采用ZEISS EVO18扫 对拉剪试样的剪切面做X射线衍射分析 描电镜和日本理学D/max-RBI2kW旋转阳极 (XRD),分析结果如图5所示.图中1#、2#试样为 X射线衍射仪分析板坯断口处结构形貌和物相组 铜铸造温度1250℃、铝液保温温度780℃、铝液 成.并在200、250和300℃下对板坯进行轧制变 导流管长度20mm、一次冷却水流量为1000L-h、 形，研究板坯的热加工性能 拉坯速度分别为40 mm:min1和60 mm-min时制 备的铜铝复合板坯，X射线衍射结果表明复合界 载荷 载荷 面层中存在日相和Y相，与能谱分析结果吻合 图6为1#剪切试样的断面背散射照片，图中 图2拉剪实验示意图 亮区富铜，暗区富铝.根据表2的能谱点扫分析结 Fig.2 Sketch of the shearing experiment 果表明亮区物相为Y相，暗区物相为0相，与X射 2实验结果 线检测结果相吻合 根据上述分析结果，可以判定铜铝双金属复 2.1铜铝复合板界面形貌与物相分析 合板坯中存在由I:Y相(CugAI4)层、：0相(CuAl2) 采用水平连铸复合成形技术制备的铜铝双金 层和Ⅲ：+0相(a-A1+CuAl2)层组成的稳定复合界 属复合板材的横截面如图3所示.其具体工艺参 面层，I层和Ⅱ层为铜铝金属间化合物，Ⅲ层为共 数为：铜铸造温度1250℃、铝液保温温度780℃、 晶组织. 2.2工艺参数对板坯组织和性能的影响 2.2.1对复合层组织的影响 当其他工艺参数不变时，改变拉坯速度对复 200um 合界面层厚度的影响如图7(a)所示.从图中可以 看出，当拉坯速度由40 mm:min提升到100 mm:min 时，复合界面层总厚度、0相层厚度和Y相层厚度 先减小后增大.拉坯速度为60 mm:min时复合界 面层总厚度、日相层厚度和γ相层厚度最小，分别 为107、8和3.5m. 图3采用水平连铸复合成形技术制备的铜铝复合板坯宏观照片，规 当其他工艺参数不变时，改变一次冷却水流 格：70mm×24mm(宽度×厚度) 量对复合界面层厚度的影响如图7(b)所示.从图 Fig.3 Macroscopic photographs of the Cu-Al composite plate prepared 中可以看出随着一次冷却水流量的增加，复合界 via HCCF,size of the section:70 mm x 24 mm (width x thickness) 面层总厚度、θ相层厚度和Y相层厚度减小1250 ℃，铝铸造温度为780 ℃，铝液芯管长度为20 mm， 通过改变拉坯速率（40、60、80 和 100 mm·min−1）和 一次冷却水流量（800 和 1000 L·h−1）研究工艺参数 对铜铝双金属复合板带复合界面层组织和性能的 影响. 1.3    测试分析方法 采用线切割在制备的铜铝双金属复合板上取 10  mm×10  mm×20  mm 试样 ，经砂纸磨光 、机械 抛光后采用 ZEISS EVO 18 扫描电镜观察复合层结 构形貌 ，测量复合界面层厚度 . 采 用 BRUKER QUANTAX EDS 能谱分析复合界面层及附近区域 内 Cu 和 Al 元素的分布规律. 采用 XD-1000T 硬度 仪分析复合界面层和 Cu、Al 基体的显微硬度. 采 用拉剪测试的方法测定铜铝复合板的结合强度， 参照《GB/T30586—2014 连铸轧制铜包铝扁棒、 扁线》在 10 kN 万能试验机上对试样做拉剪测试， 拉剪实验过程如图 2 所示. 采用 ZEISS EVO 18 扫 描电镜和日本理学  D/max−RB12 kW  旋转阳 极 X 射线衍射仪分析板坯断口处结构形貌和物相组 成. 并在 200、250 和 300 ℃ 下对板坯进行轧制变 形，研究板坯的热加工性能. 2    实验结果 2.1    铜铝复合板界面形貌与物相分析 采用水平连铸复合成形技术制备的铜铝双金 属复合板材的横截面如图 3 所示. 其具体工艺参 数为：铜铸造温度 1250 ℃、铝液保温温度 780 ℃、 铝液导流管长度 20 mm、拉坯速率 60 mm·min−1 和 一次冷却水流量 1000 L·h−1 . 对铜铝复合板坯复合界面层进行微观结构观 察和能谱分析，结果如图 4 所示. 可以看出，复合 板坯存在一个 Cu、Al 元素相对稳定的复合界面 层，厚度约为 100 μm. 从图 4（a）和（b）可以看出， 复合界面层由两种金属间化合物和共晶组织组成. 表 1 为图 4 中各点的能谱分析结果. 能谱的 点扫结果表明，从铜侧到铝侧的复合界面层中铜 铝 原 子 的 比 例 可 以 分 为 三 种 ： wCu∶wAl=9∶4、 wCu∶wAl=1∶2 和 wCu∶wAl=1∶4. 再结合铜铝二元 相图和复合界面层的显微结构可以初步判断从铜 层一侧到铝层一侧，复合界面层可分为三个亚层， 依次为 I：γ 相（Cu9Al4）层、II：θ 相（CuAl2）层和 III： α+θ 相（α-Al+CuAl2）层[19] . I 层和 II 层均为铜铝金 属间化合物，III 层为共晶组织. 对拉剪试样的剪切面 做 X 射线衍射分析 （XRD），分析结果如图 5 所示. 图中 1#、2#试样为 铜铸造温度 1250 ℃、铝液保温温度 780 ℃、铝液 导流管长度 20 mm、一次冷却水流量为 1000 L·h−1、 拉坯速度分别为 40 mm·min−1 和 60 mm·min−1 时制 备的铜铝复合板坯. X 射线衍射结果表明复合界 面层中存在 θ 相和 γ 相，与能谱分析结果吻合. 图 6 为 1#剪切试样的断面背散射照片，图中 亮区富铜，暗区富铝. 根据表 2 的能谱点扫分析结 果表明亮区物相为 γ 相，暗区物相为 θ 相，与 X 射 线检测结果相吻合. 根据上述分析结果，可以判定铜铝双金属复 合板坯中存在由 I：γ 相（Cu9Al4）层、II：θ 相（CuAl2） 层和 III：α+θ 相（α-Al+CuAl2）层组成的稳定复合界 面层，I 层和 II 层为铜铝金属间化合物，III 层为共 晶组织. 2.2    工艺参数对板坯组织和性能的影响 2.2.1    对复合层组织的影响 当其他工艺参数不变时，改变拉坯速度对复 合界面层厚度的影响如图 7（a）所示. 从图中可以 看出，当拉坯速度由40 mm·min−1 提升到100 mm·min−1 时，复合界面层总厚度、θ 相层厚度和 γ 相层厚度 先减小后增大. 拉坯速度为 60 mm·min−1 时复合界 面层总厚度、θ 相层厚度和 γ 相层厚度最小，分别 为 107、8 和 3.5 μm. 当其他工艺参数不变时，改变一次冷却水流 量对复合界面层厚度的影响如图 7（b）所示. 从图 中可以看出随着一次冷却水流量的增加，复合界 面层总厚度、θ 相层厚度和 γ 相层厚度减小. 载荷 载荷 图 2    拉剪实验示意图 Fig.2    Sketch of the shearing experiment 200 μm 图 3    采用水平连铸复合成形技术制备的铜铝复合板坯宏观照片, 规 格：70 mm×24 mm（宽度×厚度） Fig.3    Macroscopic photographs of the Cu–Al composite plate prepared via HCCF, size of the section: 70 mm × 24 mm (width × thickness) · 218 · 工程科学学报，第 42 卷，第 2 期