擴散層是指化學熱處理時工件化合物層之下的滲層和化學氣相沉積時化合物溶解並進行擴散的內層。銅鋁複合材料由於同時具有優良的導電性、導熱性、耐蝕性、低接觸電阻及質量輕等綜合特性，逐步實現以鋁代銅，近年來受到了廣泛關注。銅鋁複合材料伴隨著諸多優點的同時，也存在一些問題有待去研究解決，其中最突出的是銅鋁複合材料界面結合的控制，由於銅鋁界面往往存在由多種金屬間化合物組成的擴散層，這些金屬間化合物硬度高、脆性大，嚴重影響了銅鋁複合材料的性能，目前國內外相關的研究還很少。
基本介紹
- 中文名：擴散層
- 外文名：Diffusion layer
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 材料：銅鋁複合材料
- 特性：導電性、導熱性、耐蝕性等
介紹,測量,模型建立,厚度,總結,
介紹
銅鋁複合材料由於同時具有優良的導電性、導熱性、耐蝕性、低接觸電阻及質量輕等綜合特性，逐步實現以鋁代銅，近年來受到了廣泛關注。銅鋁複合材料伴隨著諸多優點的同時，也存在一些問題有待去研究解決，其中最突出的是銅鋁複合材料界面結合的控制，由於銅鋁界面往往存在由多種金屬間化合物組成的擴散層，這些金屬間化合物硬度高、脆性大，嚴重影響了銅鋁複合材料的性能，目前國內外相關的研究還很少。
採用一浴法對銅進行了表面熱浸鍍鋁的實驗，對銅鋁固液結合過程中的界面擴散層進行了深入研究，建立了銅鋁複合材料界面擴散層生長的動力學模型，以用來預測在熱浸鍍鋁工藝下銅鋁複合材料擴散層厚度隨時間以及溫度的變化趨勢，進而有效的改善銅鋁複合材料的性能。
測量
為了提高測量精度，對不同條件下銅鋁複合材料的擴散層厚度進行3次測量，並取平均值，通過銅鋁複合材料擴散層厚度與熱浸鍍溫度、熱浸鍍時間的變化曲線可看出，在同一時間下，隨著熱浸鍍溫度的升高，銅鋁複合材料界面擴散層厚度增加；在同一溫度下，隨著熱浸鍍時間的延長，銅鋁複合材料界面擴散層厚度呈拋物線型方式增加。
模型建立
為簡化模型的建立，現作出如下假設：
（1）銅鋁固液擴散與銅鋁固固擴散機理相近；
（2）鍍鋁件提出鍍鋁液面後迅速固化；
（3）鍍件提出電阻爐後，迅速冷卻到室溫。
銅鋁複合材料界面擴散層厚度銅鋁複合材料界面擴散層厚度與熱浸鍍溫度呈指數增長關係，與熱浸鍍時間呈拋物線增長關係。
厚度
銅鋁複合材料擴散層厚度的實驗測量值和通過銅鋁複合材料擴散層生長動力學模型計算的理論值。
銅鋁複合材料界面擴散層厚度的實驗值與理論值存在一定的誤差。產生誤差的原因主要是如下幾個方面：首先是由於在模型計算推倒過程中假設銅鋁固液擴散與銅鋁固固擴散機理基本相同，而實際中熱浸鍍鋁過程中銅鋁固液擴散是一個複雜的過程，包括對流擴散、反應擴散等，會生成多種金屬間化合物，這些化合物會阻礙擴散的進行，會造成在求解擴散係數Q 時存在一定誤差，進而會影響最終的擴散模型；其次在模型建立過程中並未考慮鍍鋁件在提升過程中的擴散行為，銅鋁在鍍件提升過程中仍會繼續進行複雜的擴散運動，這會造成擴散時間存在一定誤差；最後在採用XPL－15型偏光顯微鏡（PM）測量鍍鋁件厚度過程中也會存在一定的誤差。
由於沒有考慮鍍件提出鋁液後的擴散，而實際擴散時間大於銅在鋁液中的擴散時間。經修正後的擴散層厚度值，與實驗結果基本吻合。
總結
（1） 通過研究銅熱浸鍍鋁過程中溫度、時間對界面擴散層厚度的影響，結果表明，在熱浸鍍溫度為963～1 013K，熱浸鍍時間為10～25s範圍內，銅鋁複合材料界面擴散層厚度與熱浸鍍溫度的指數成正比；與時間呈拋物線增長關係。
（2） 在實驗的基礎上建立了銅鋁複合材料擴散層生長動力學模型，以用來預測不同熱浸鍍溫度和時間下的銅鋁複合材料的擴散層厚度，進而改善銅鋁複合材料的性能。
（3） 由於銅在鋁液中的擴散機理與銅在鋁固體中的擴散機理存在差異，擴散層厚度的實際值與理論值會存在一定誤差，需要通過實驗引進一個修正係數進行修正，修正後的結果與實驗值基本吻合。
