高強(qiáng)高導(dǎo)銅基引線框架材料研制及稀土元素在銅合金中作用機(jī)制研究.pdf

1、本文在優(yōu)化銅鉻合金制備工藝的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了CuRE和CuCrRE合金在不同熱處理狀態(tài)下的組織、性能特點(diǎn)；結(jié)合形變強(qiáng)化考察了等溫時(shí)效過程中再結(jié)晶與析出過程的相互作用及其對(duì)合金性能的影響；定量分析了鉻元素的存在形式等各類因素對(duì)合金硬度和電導(dǎo)率的影響；分析了稀土元素在銅合金中的作用效果及其機(jī)理。本研究達(dá)到了預(yù)期的目的，獲得了以下具有理論及實(shí)際意義的研究成果： 1、在分析銅鉻合金熔煉特性的基礎(chǔ)上，優(yōu)化了銅鉻合金熔煉工藝。采用真空感應(yīng)

2、熔煉技術(shù)制備銅鉻系合金，探討了不同澆注工藝對(duì)合金鑄錠組織及偏析的影響，結(jié)果表明：利用真空直接加鉻煉制Cu-0.8wt％Cr合金，采用合適的熔煉和澆注工藝，可以較精確控制合金成分；在低的澆注溫度和大冷卻速度下可以獲得幾乎無宏觀偏析、鑄造缺陷很少的銅鉻合金鑄件。 2、研究了添加不同種類稀土在純銅中的存在形式、分布狀態(tài)及其對(duì)鑄態(tài)及退火態(tài)純銅組織性能的影響，結(jié)果表明：稀土添加量較小時(shí)，基本與純銅中O等雜質(zhì)元素反應(yīng)生成高熔點(diǎn)化合物進(jìn)入渣相

3、除去；當(dāng)稀土添加量達(dá)到0.4wt.％時(shí)，開始出現(xiàn)銅稀土金屬間化合物，這些金屬間化合物在晶內(nèi)基本以質(zhì)點(diǎn)存在，并在晶界處富集。隨稀土含量進(jìn)一步增加，晶界富集現(xiàn)象越明顯，到10wt.％時(shí)，晶界處為銅+銅稀土金屬間化合物共晶組織。添加0.4wt.％的稀土元素La、Y、Nd、Sm均能夠顯著細(xì)化鑄錠宏觀組織，減少柱狀晶區(qū)。少量稀土添加具有凈化基體的作用，提高鑄態(tài)純銅電導(dǎo)率，稀土最佳添加量為0.05wt％，當(dāng)超過此值后，純銅導(dǎo)電率反而下降，稀土起到與

4、雜質(zhì)相似的作用。退火處理能夠消除過飽和空位及減少晶界面積，提高純銅導(dǎo)電率。鑄態(tài)純銅硬度隨稀土添加量增加而遞增，這源于稀土化合物的增強(qiáng)效果。適量稀土Y的添加改善純銅高溫抗氧化性能，當(dāng)添加量超過0.1wt.％時(shí)，純銅抗氧化性能反而惡化。 3、基于體視學(xué)和定量金相分析的基本原理，對(duì)Image-ProPlus(IPP)圖像分析軟件進(jìn)行了二次開發(fā)，測定了銅合金金相組織的相體積分?jǐn)?shù)、晶粒度大小、粒子間距等特征參數(shù)，獲得了滿意的結(jié)果，并提出了

5、一種測量粒子間距的近似算法。 4、稀土在銅鉻合金中主要以Cu-RE-O夾雜物的形式存在，并向晶界處偏聚，稀土對(duì)Cu-Cr合金組織存在變質(zhì)作用，破壞了共晶組織的規(guī)則網(wǎng)狀分布。 5、對(duì)Cu-0.8wt.％Cr-0.05wt.％Y鑄態(tài)合金經(jīng)980℃×3h固溶處理+90％冷變形+480℃×6min時(shí)效處理后組織電子顯微分析表明，基體中存在兩類Cr顆粒，一種是微米級(jí)Cr顆粒，為凝固冷卻過程中形成；另外一種是納米級(jí)Cr析出相(直徑約

6、8nm)，電子衍射分析表明兩者都為體心立方結(jié)構(gòu)；此時(shí)，基體中觀察到細(xì)小再結(jié)晶晶粒，再結(jié)晶已發(fā)生。 對(duì)組織中粗大顆粒的定量分析結(jié)果表明：隨時(shí)效進(jìn)行，顆粒體積分?jǐn)?shù)和大小由于過飽和固體的分解逐漸增加，面密度初始增加，隨后由于顆粒間的吞并而下降，為減少系統(tǒng)界面能，圓整度一直呈遞增趨勢。 6、定量研究了各類因素對(duì)銅鉻合金導(dǎo)電性能的影響，發(fā)現(xiàn)：Cr以粗大第二相存在時(shí)，對(duì)合金導(dǎo)電率影響極微，Cr含量小于0.8wt.％時(shí)，影響小于1％I

7、ACS;變形處理對(duì)合金電導(dǎo)率幾乎無影響；Cr以細(xì)小析出相和固溶原子形式存在時(shí)，每0.01wt.％Cr的存在可使合金電導(dǎo)率分別下降0.48％IAC8和1.77％IACS；適量稀土的存在能夠提高合金電導(dǎo)率2％IACS左右。在上述定量分析的基礎(chǔ)上，運(yùn)用電導(dǎo)率測量可推測合金析出過程進(jìn)行的程度。 7、定量研究了各類因素對(duì)銅鉻合金硬度性能的影響，發(fā)現(xiàn)：Cr以粗大第二相存在時(shí)，對(duì)合金硬度影響可忽略不計(jì)；Cr以細(xì)小析出相形式析出時(shí)，每0.01w

8、t.％Cr的平均強(qiáng)化效果為2.4Hv；Cr以固溶原子形式存在時(shí)，每0.01wt.％Cr固溶強(qiáng)化效果為0.66；形變強(qiáng)化效果與形變量呈正比關(guān)系，每10％形變量對(duì)合金增強(qiáng)效果為6.3Hv；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值比較表明，公式△HV=940f1/2可以用于粗略計(jì)算和預(yù)測合金的析出強(qiáng)化效果。 固溶+變形+時(shí)效處理合金經(jīng)90％預(yù)變形后在時(shí)效過程中由于回復(fù)和再結(jié)晶的進(jìn)行，形變硬化效果急劇喪失，硬度在越過時(shí)效峰后陡降；采用鑄態(tài)+變形+直接時(shí)效工藝能