Vid analysen av morfologin hos avskrapningsytan på Cu- och Al-sidorna kan man dra slutsatsen att, förutom den region som är i kontakt med SUS304-interlagret, dominerar dimpler och åsformade strukturer på ytan. Avskrapningen sker främst vid Cu/Al-gränssnittet och Cu/SUS304-gränssnittet. Efter annektering vid 200°C kan man dra slutsatsen att bindningsstyrkan vid Cu/Al-gränssnittet är hög och att plastisiteten hos Cu- och Al-matriserna har återhämtat sig i viss utsträckning.

Vid annektering vid 300°C har intermetalliska föreningar (IMC) bildats vid gränssnitten, vilket leder till en markant förändring i ytmorfologin. Den lokalt förstora bilden på Cu-sidan visar att morfologin i den region som är i kontakt med SUS304 är liknande den för provet som annekterades vid 200°C, med en jämn yta utan dimpler eller åsformade strukturer. Nära kanten av SUS304-kontaktregionen syns ett stort antal tätt arrangerade och nästan parallella åsformade strukturer, med vissa jämna avskrapade ytor mellan de intilliggande åsarna. På Cu-sidan, i närheten av kontaktområdet med Al, dominerar jämna avskrapade ytor, och tätt fördelade åsformade strukturer kan också observeras.

För Al-sidan är den övergripande morfologin i stort sett den samma som för Cu-sidan. I den lokalt förstora bilden, i regionen nära fragmenten av SUS304-interlagret, syns åsformade strukturer längs SUS304-interlagrets kanter, tillsammans med jämna avskrapade ytor. Långt bort från fragmenten av SUS304-interlagret är de åsformade strukturerna nästan parallella och tätt fördelade. En större yta med jämna avskrapade ytor ses där Cu och Al är i direkt kontakt, medan resten av området är täckt med åsformade strukturer.

Vid analysen av avskrapningsytans morfologi efter annektering vid 300°C, observerades en betydande närvaro av jämna avskrapade ytor och parallella åsformade strukturer. För att fastställa de specifika faserna av dessa strukturer genomfördes en EDS-analys (energidispersiv röntgenanalys). Resultaten visade att åsformade strukturer och området mellan intilliggande åsar på avskrapningsytan främst består av Al-matrisen. De jämna avskrapade ytorna består huvudsakligen av IMC:erna Al2Cu och AlCu, med närvaro av fasen Al4Cu9 i vissa områden.

Vid annektering vid 400°C ökar tjockleken på IMC-lagret och avskrapningsytan blir jämnare överlag. Till och med i regionen där SUS304-interlagret är inbäddat, syns ingen markant upphöjning jämfört med andra områden. De åsformade strukturerna vid gränssnittet är nästan helt frånvarande. På både Cu- och Al-sidorna, förutom vid SUS304-kontaktområdet, uppvisar IMC:erna spröda sprickor. Sprickorna är orienterade vinkelrätt mot rullningsriktningen och återfinns ofta inom de spröda IMC:erna. Dessa sprickor minskar kraftigt bindningsstyrkan vid gränssnittet efter annektering vid 400°C.

För att ytterligare bestämma fördelningen och fasammansättningen av de spröda, brustna IMC:erna i morfologin av avskrapningsytan efter annektering vid 400°C genomfördes SEM- och EDS-analyser. Resultaten visade att de spröda IMC:erna består av Al2Cu och AlCu, vilket bekräftar att sprickorna uppstår inom IMC-lagret.

Vid analysen av mikrostrukturer och rekristallisering i provet som annekterades visades att Cu-matrisen huvudsakligen består av deformerade korn, medan en liten mängd substruktur kunde observeras. Det är främst det faktum att närvaron av SUS304-interlagret främjar koncentration av plastisk deformation vid gränssnittet, vilket leder till att deformerade korn i Cu-matrisen är mindre jämnt fördelade. På Al-sidan, där en större plastisk deformation sker genom hela matrisen, kan en jämn fördelning av rekristalliserade korn observeras. Detta fenomen sker även vid Al/SUS304-gränssnittet, där en tät region av rekristalliserade korn kan ses. Dessa strukturella förändringar är en följd av de förändrade spännings- och töjningsförhållandena i Al-matrisen, vilket beror på närvaron av SUS304-interlagret.

Viktigt att förstå är att de intermetalliska föreningarna (IMC) som bildas vid högre temperaturer kan ha en både positiv och negativ påverkan på bindningsstyrkan vid gränssnitten. Medan de på 200°C kan bidra till en viss återhämtning av plastisiteten och styrkan, kan vid 300°C och 400°C dessa föreningar bli mer spröda, vilket gör att de kan utveckla sprickor och därmed försämra bindningens hållfasthet. Det är också viktigt att notera att termisk behandling av dessa material inte bara påverkar mikroskopiska strukturer, utan även den makroskopiska hållfastheten och tillförlitligheten i materialets prestation över tid.

Hur påverkar värmebehandling av Cu-Al-laminat mikrostrukturen och rekristallisation?

Vid värmebehandling av Cu-Al-laminat, särskilt de med SUS304-interlager, observeras flera förändringar i mikrostrukturen beroende på temperaturen och den specifika behandlingsprocessen. En noggrann analys av mikrostrukturen i prov efter olika temperaturbehandlingar ger en inblick i mekanismer som påverkar kornstruktur, deformationsnivåer och rekristallisation.

Vid en glödgningsbehandling vid 200 °C, såsom visat i figur 2.47, förblir kornen på Al-sidan oförändrade i storlek, vilket innebär att det inte sker någon signifikant kornväxt. Den karakteristiska valsstrukturen på Al-sidan kvarstår, med tydliga korngränser utspridda över provytan. På Cu-sidan är kornen nära Al/Cu-gränsen små, medan de längre bort från gränsen är grovare. Intressant är att de små kornen på Cu-sidan vid 200 °C kan förklaras av närvaron av skjuvband vid SUS304-gränsen, vilket främjar en finare mikrostruktur. Förhållandet mellan rekristalliserade, substrukturerade och deformerade korn kan också ses i figuren. Här är den proportionella mängden rekristalliserade korn på Al-sidan endast 7,19 %, vilket återspeglar en ofullständig rekristallisation vid denna temperatur.

Vid behandling vid 300 °C sker en märkbar förändring av mikrostrukturen. Kornstorleken ökar och devalsade strukturer försvinner i högre grad, vilket tyder på en rekristallisation av både Al- och Cu-matriser. På Cu-sidan sker en fullständig rekristallisation i de flesta områden nära interfacet, men de kornen som upplever högre spänning under behandlingen förblir deformerade. Sammantaget indikerar dessa resultat att även om temperaturökningen har lett till en viss rekristallisation, kvarstår vissa deformerade områden på Al-sidan på grund av de korta behandlingstiderna och den relativt låga temperaturen. Figurerna visar också en betydande minskning av stress, särskilt på Cu-sidan, där det inte finns några större stresskoncentrationer.

Vid högre behandlingstemperaturer, som vid 400 °C, sker en mer omfattande återhämtning av mikrostrukturen. Korn på Al-sidan blir nästan helt ekvaxiala med slumpmässig orientering, vilket är typiskt för fullständig rekristallisation. På Cu-sidan växer kornen avsevärt och vi ser en ökning av tvillingar, vilket är ett tecken på ökad plastisk deformation och dislokationsrörelse. I interfacen mellan Cu och Al, samt i fragmenten av SUS304-interlagret, kan en signifikant ökning av IMC-lagrets tjocklek observeras, vilket orsakas av förbättrad diffusion mellan Cu och Al vid denna temperatur. Samtidigt ger den ytterligare avslappningen av spänning i proverna en indikation på att stressen har släppts och att den mekaniska sammanhållningen mellan de två metallerna har förbättrats.

Den mikrostrukturella analysen ger en tydlig bild av hur värmebehandling påverkar strukturen och hur olika temperaturer spelar en avgörande roll i rekristallisationens omfattning och effektivitet. Värmebehandlingarna vid lägre temperaturer resulterar i ett betydande antal deformerade korn, medan högre temperaturer möjliggör en ökad rekristallisation och en mer homogen kornstruktur. Dessa processer har direkt inverkan på materialets mekaniska egenskaper och dess förmåga att motstå ytterligare deformation under belastning.

Det är viktigt att förstå att de mekaniska egenskaperna hos Cu-Al-laminaten är starkt beroende av både värmebehandlingens temperatur och tidsförhållandena. Vid lägre temperaturer kan en viss mängd kornförfining och rekristallisation ske, men många deformerade korn kan fortfarande vara närvarande, vilket resulterar i en högre mängd kvarvarande spänning och lägre duktilitet. I motsats till detta, vid högre temperaturer, sker en mer fullständig rekristallisation och kornstrukturens återhämtning, vilket förbättrar materialets mekaniska hållfasthet och plastiska deformationsegenskaper. Denna balans mellan rekristallisation och deformationsgraden är avgörande för att optimera prestandan hos Cu-Al-laminat, särskilt när dessa material används i tillämpningar som kräver hög hållfasthet och motståndskraft mot termomekaniska belastningar.

Hur påverkar valsning mikrostrukturen i Al/Mg/Al-laminat?

Under valsningsprocessen genomgår Al/Mg-Li laminaten en komplex mikrostrukturell utveckling som påverkas av olika valsningsmetoder och deras specifika parametrar. Detta är särskilt relevant för tillverkningen av kompositmaterial, där egenskaper som hållfasthet, duktilitet och beständighet under yttre belastning är av största vikt. I denna process förändras både fasfördelning och kornstruktur i materialet, vilket i sin tur påverkar materialets mekaniska egenskaper.

SEM-bilder av den glödgade LZ91 legeringen (Fig. 4.34a) visar en typisk tvåfasstruktur som består av α-Mg-fasen jämnt fördelad över β-Li-matrisen. De ljusa områdena representerar α-Mg-fasen, en solid lösning med hcp-struktur där litium (Li) är löst i magnesium (Mg), medan de grå områdena är β-Li-fasen, som är en solid lösning av Mg i Li och har en bcc-struktur. I bilden av de valsade Al/Mg-Li-laminaten syns inga uppenbara porer eller intermetalliska föreningar (IMC) vid bindningsgränserna. Gränserna i HR+RTR-laminaten blev emellertid vågiga, och med ökad valsreduktion blev detta fenomen ännu mer uttalat (Fig. 4.34d). Denna förändring ledde slutligen till bildandet av skjuvbandsstrukturer, vilket indikeras av bilderna i Fig. 4.35c och d.

Vid jämförelse mellan olika valsningsprocesser framkom att den typiska tvåfasstrukturen för Mg-Li-lagren i Al/Mg-Li-laminaten förändrades beroende på processen. Till exempel, i HR+HR-laminaten var den α-Mg-fasens arealfraktion endast något reducerad (från 33,5% i det ovallade Mg-Li-lägret till 32,3% i HR-laminaten), medan fasens struktur sträcktes till en smalare bandform med en minskning i tjocklek från 9,8 µm till 5,2 µm (Fig. 4.35h). I HR+RTR-processen var förändringen mer markant, där en intensiv fasomvandling från β-Li till α-Mg inträffade. Detta ledde till en ökning i α-Mg-fasens volymfraktion till 70,2% och 73,1% i HR+RTR1 och HR+RTR2-laminaten, respektive (Fig. 4.35c och d). Dessutom visade denna process en märkbar skjuvdeformation, vilket återspeglas i de uppkomna skjuvbandsstrukturerna.

När man analyserade de mekaniska egenskaperna av laminaten under olika valsningsprocesser, blev det tydligt att det inte bara är fasfördelningen och kornstorleken som påverkas, utan också hur sträckningen av materialen förhåller sig mellan de olika faserna. I HR+CR-laminaten, där kallvalsning (CR) användes, var förändringarna betydligt mindre. Här var volymfraktionen av α-Mg-fasen bara marginellt högre än i HR-laminaten och α-Mg-fasen sträcktes endast till en ännu tunnare lamellstruktur (1,6 µm till 1,2 µm). Detta tyder på att kallvalsning inte inducerade lika intensiv fasomvandling som hetvalsning och att kornstorleken förblev relativt konstant.

Det finns också ett viktigt samband mellan de mekaniska egenskaperna och hur dislokationsstrukturen utvecklas i materialet. Från EBSD-analyser framgick det att de flesta α-Mg-faser i HR+RTR1-laminaten bildade flerfaldiga, långsträckta korn, medan i HR+CR1-laminaten var α-Mg-fasernas fördelning mer spridd och bestod oftast av enskilda, små korn. Dessa förändringar i kornstruktur och dislokationsegenskaper, som visas i Fig. 4.36 och 4.37, tyder på att kallvalsning främjar en mer homogen deformation, men i mindre grad leder till en omvandling av LAGB (low-angle grain boundaries) till HAGB (high-angle grain boundaries), vilket kan ha betydande inverkan på materialets hållfasthet och duktilitet.

Vid ytterligare analys av de geometriskt nödvändiga dislokationerna (GND) och deras densitet, framgår det att GND-densiteten var högre i de α-Mg-faser som omgärdades av β-Li-fasen, vilket indikerar en större plastisk deformation i dessa områden (Fig. 4.38). Detta är en indikator på att β-Li-fasen bär en större del av den inducerade sträckningen under processen. Vidare visade TEM-bilder av Al/Mg-Li-laminaten, såsom de som presenteras i Fig. 4.39, att dislokationstangler och olika defekter började bildas i Al-lagren, vilket ytterligare bekräftar materialets förmåga att deformeras plastiskt under valsning.

Det är väsentligt att förstå att de mekaniska egenskaperna hos Al/Mg/Al-laminaten inte bara bestäms av den totala fasfördelningen, utan även av hur varje fas interagerar med andra faser under valsprocessen. Det är också viktigt att notera att medan kallvalsning (CR) och hetvalsning (HR) resulterar i olika strukturella förändringar, är deras effekt på materialets övergripande mekaniska prestanda beroende av specifika förhållanden såsom valsningsgrad, temperatur och materialkombination.

Hur hanteras fel och användarupplevelse i moderna webbtjänster med FastAPI?
Vad betyder "Indianens tecken" för en vit kvinna bland Apacherna?
Hur lyckas man med tårtor och bakverk? Tips för smak, textur och hållbarhet