Cu-Nb復(fù)合線材微觀組織演變及力學(xué)和電學(xué)性能的研究.pdf

1、本文選用原位拉拔和集束拉拔兩種不同工藝制備的Cu-Nb復(fù)合材料,利用ECC,EBSD,TEM及XRD等多種表征手段系統(tǒng)地研究了兩種線材的微觀組織、力學(xué)和電學(xué)性能的演變,包括形變對微觀組織、力學(xué)、電學(xué)性能的影響,不同溫度下的退火處理對熱穩(wěn)定性的影響及外加磁場對電學(xué)性能的影響。著重分析了拉拔過程尺度效應(yīng)及界面效應(yīng)對線材力學(xué)和電學(xué)性能的影響,提出新的微觀組織尺度參數(shù)(d+at和Sv),建立了強(qiáng)度與顯微組織尺寸的定量聯(lián)系,揭示了界面和尺寸效應(yīng)是

2、線材拉拔形變過程的高強(qiáng)高導(dǎo)性能的關(guān)鍵因素,強(qiáng)調(diào)了界面的強(qiáng)化作用。
　　本論文主要研究結(jié)果如下:
　?、僭诶涡巫冞^程中,Nb相最終形成卷曲狀形貌,這種現(xiàn)象與Nb本身立方晶體(BCC)結(jié)構(gòu)特征及Cu-Nb異相界面的存在相關(guān)。
　?、诶尉€材內(nèi)主要形成了平行于拉拔方向的<111>Cu//<110>Nb的絲織構(gòu)取向關(guān)系。隨著拉拔應(yīng)變量的增大,<111>Cu和<110>Nb絲織構(gòu)強(qiáng)度總體呈現(xiàn)增大趨勢,但是到大應(yīng)變量時(shí),Cu基體

3、內(nèi)由于發(fā)生了動(dòng)態(tài)回復(fù)再結(jié)晶,<111>Cu絲織構(gòu)強(qiáng)度略有減小。Cu基體織構(gòu)在徑向上分布不均勻,從邊緣區(qū)域到中心區(qū)域,<111>絲織構(gòu)強(qiáng)度逐漸增強(qiáng),<100>絲織構(gòu)逐漸減弱。但是這種取向的不均勻性對復(fù)合材料的顯微硬度(強(qiáng)度)的影響不大。
　?、劢缑婷芏仁怯绊憦?fù)合線材導(dǎo)電性及力學(xué)性能的關(guān)鍵因素。它通過 Nb相形貌的改變影響線材性能:在拉拔應(yīng)變量較小時(shí),Nb相未發(fā)生卷曲,界面密度較低,此時(shí)顯微硬度值較小,導(dǎo)電性較好;而當(dāng)拉拔應(yīng)變量較高時(shí)

4、,Nb相發(fā)生了卷曲并導(dǎo)致了界面密度的急劇增大,進(jìn)而提高線材強(qiáng)度,降低其導(dǎo)電性能。
　?、芗芜^程中在線材中心添加純Cu,能夠改善強(qiáng)度(硬度)和導(dǎo)電性的匹配,獲得較高強(qiáng)度和導(dǎo)電性的線材。這對實(shí)際生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義,為線材的強(qiáng)磁場應(yīng)用提供了有益參考。
　?、?Cu-Nb復(fù)合線材尺度及界面效應(yīng)導(dǎo)致傳統(tǒng)的Hall-Petch關(guān)系式不能完全解釋復(fù)合線材的強(qiáng)化。本文提出了界面密度估算數(shù)學(xué)模型,引入綜合性顯微結(jié)構(gòu)尺度參數(shù)(d+at和

5、Sv)作為主要自變量,對傳統(tǒng)Hall-Petch公式進(jìn)行分析闡述,建立起材料強(qiáng)度(硬度)與顯微結(jié)構(gòu)間的定量聯(lián)系。分析認(rèn)為影響 Cu-Nb復(fù)合線材強(qiáng)度的主要因素有界面強(qiáng)化,固溶強(qiáng)化及宏觀Cu-Nb復(fù)合材料的加工硬化。
　?、尥饧哟艌鰧κ覝叵?Cu-Nb復(fù)合線材的電阻無明顯影響。而在77K下,外加磁場對線材電阻的影響較為顯著,即,能觀察到顯著的磁電阻效應(yīng)。隨著磁場強(qiáng)度的增大,磁電阻效應(yīng)增強(qiáng)。當(dāng)線材顯微尺寸達(dá)到納米尺度時(shí),尺度效應(yīng)導(dǎo)致負(fù)

6、磁電阻效應(yīng)的產(chǎn)生。
　?、弋?dāng)材料顯微尺寸達(dá)到納米尺度范圍時(shí),在一定溫度范圍內(nèi),由于尺寸及界面效應(yīng),納米尺度的Cu基體的回復(fù)再結(jié)晶被抑制,線材表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。在更高溫度下,Cu基體發(fā)生大范圍的回復(fù)再結(jié)晶,Nb相發(fā)生擴(kuò)散促進(jìn)熱蝕溝形成并深化,Nb相內(nèi)發(fā)生晶界分裂、纖維球化,形成短棒狀或球體。整個(gè)退火過程,按照退火溫度范圍不同可以將線材顯微組織及性能的演變分為三個(gè)階段:1)低溫:部分微米和亞微米尺度的Cu基體發(fā)生回復(fù)再結(jié)晶,顯微硬