超高強(qiáng)CuNiSi系彈性導(dǎo)電銅合金制備及相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、鈹青銅雖具有高強(qiáng)度、高彈性、高硬度、高耐磨性和優(yōu)良的導(dǎo)電性能，并在模具、導(dǎo)電簧片、導(dǎo)電彈性元器件上獲得了廣泛的應(yīng)用。但該合金由于含鈹這一劇毒元素，在生產(chǎn)過程中嚴(yán)重危害人們的健康。同時(shí)鈹青銅在高于200℃環(huán)境下服役使用時(shí)，其強(qiáng)度、彈性急劇降低，應(yīng)力松弛率甚至高達(dá)40％以上，影響器件使用甚至工作失效。因此需要開發(fā)出新型的超高強(qiáng)、高導(dǎo)電、高抗應(yīng)力松弛的無鈹環(huán)保型導(dǎo)電彈性銅合金。
　　本文采用熔鑄法研制了一種超高強(qiáng)、高導(dǎo)電、高抗應(yīng)力松弛C

2、u-6.0Ni-1.0Si-0.5Al-0.15Mg-0.1Cr合金，并對該合金的成分設(shè)計(jì)、形變熱處理、加工工藝參數(shù)、沉淀相變行為、高溫應(yīng)力松弛行為和海水腐蝕行為進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析，得出如下主要結(jié)論:
　　(1)合金的鑄錠組織呈樹枝狀結(jié)構(gòu)，基本可以分為枝晶骨架、枝晶間的非平衡凝固第二相粒子和過渡區(qū)。枝晶骨架主要為α-Cu相，第二相粒子主要為Ni2Si相、Ni3Si(Ni74Si26)和Ni3Al相。Al、Mg、Cr元素則均勻地

3、分布在基體中。
　　(2)合金高溫壓縮變形的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線具有動(dòng)態(tài)再結(jié)晶特征，可分為加工硬化、回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶三個(gè)階段。繪制的應(yīng)變量為0.6時(shí)的加工圖表明合金適宜的熱加工溫度范圍為850℃～900℃。試樣在750℃下熱壓縮變形后，截面形成了立方織構(gòu){001}<100>;800℃變形后形成Gauss織構(gòu){011}<100>和旋轉(zhuǎn)立方織構(gòu){001}<110>;850℃和900℃變形后則形成Copper織構(gòu){112}<111>、S織

4、構(gòu){123}<634>和Gauss織構(gòu){011}<100>。
　　(3)合金合適的形變熱處理工藝為:940℃/4h均勻化退火→900℃熱軋80％→980℃/4 h固溶處理→冷軋50％→450℃/1 h時(shí)效處理，獲得的性能為:硬度341HV，電導(dǎo)率26.5％IACS，抗拉強(qiáng)度1090MPa，屈服強(qiáng)度940MPa，伸長率3.5％。合金在450℃時(shí)效具有很好的抗過時(shí)效能力，即使時(shí)效20小時(shí)后硬度值仍有330.1HV。峰時(shí)效態(tài)合金在室溫、

5、100℃和200℃下加載100小時(shí)后的應(yīng)力松弛率分別為4.05％、6.52％和9.74％。
　　(4)合金過飽和固溶體在450℃時(shí)效相變貫序?yàn)?過飽和固溶體→L12有序化(Ni3Si)→β-Ni3Si相→β-Ni3Si相+δ-Ni2Si相。在450℃時(shí)效5min后即發(fā)生沉淀析出，析出相尺寸約為3～4nm;時(shí)效15min后，析出相尺寸長大為4～5nm;時(shí)效60min后，析出相為β-Ni3Si和δ-Ni2Si相，尺寸為6～8nm;時(shí)效

6、480min后，析出相為β-Ni3Si，δ-Ni2Si和δ'-Ni2Si相，尺寸為13～15nm。
　　(5)過飽和固溶體在500℃時(shí)效處理5min后，即出現(xiàn)了Ni3Si相L12有序化，時(shí)效處理10min后合金中出現(xiàn)了條帶狀的不連續(xù)胞狀析出。550℃時(shí)效處理5min后即發(fā)生了不連續(xù)胞狀析出。600℃時(shí)效處理10 min后，合金發(fā)生了沉淀析出，主要沉淀析出相為δ-Ni2Si，時(shí)效1h后，δ-Ni2Si分布上出現(xiàn)了存在不同方向的變體。

7、650℃等溫時(shí)效10min后，合金發(fā)生了δ-Ni2Si析出相沉淀析出，粒子呈棒狀，尺寸約為100 nm，時(shí)效30min后析出相尺寸長大到約150 nm，時(shí)效60min后析出相長大至200nm。700℃等溫時(shí)效10min后，合金發(fā)生了δ-Ni2Si相沉淀析出，粒子尺寸約為100 nm。750℃等溫時(shí)效10min后，合金發(fā)生了δ-Ni2Si相沉淀析出，析出相粒子呈棒狀，尺寸約為150 nm。時(shí)效30min后，粒子呈圓盤狀，尺寸約為250 n

8、m。
　　(6)欠時(shí)效、峰時(shí)效和過時(shí)效態(tài)三種狀態(tài)下，合金的靜態(tài)腐蝕速率分別為0.033226 mm/a，0.022975 mm/a和0.0019456 mm/a，合金的耐蝕能力大小為:過時(shí)效＞峰時(shí)效＞欠時(shí)效。XPS定量分析結(jié)果表明合金樣品表面的腐蝕產(chǎn)物主要由Cu2O、CuO和Cu2(OH)3Cl構(gòu)成。在NaCl溶液的浸泡過程中，銅氧化生成Cu2O，部分Cu2O進(jìn)一步氧化成為CuO，部分Cu2O、H2O和CuCl結(jié)合形成Cu2(OH