高強導(dǎo)電銅合金制備及其相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文結(jié)合國防基礎(chǔ)研究項目“軍工電子用特種功能銅合金材料及其制備技術(shù)的基礎(chǔ)研究”和國家自然科學(xué)基金項目“微量Ag、Zr、稀土等在高強導(dǎo)電銅合金中的存在形式和作用機制”，采用力學(xué)性能與電導(dǎo)率測試、金相、X-射線衍射和電子顯微分析方法，首先研究了中強高導(dǎo)Cu-0.1Fe-0.03P銅合金薄帶生產(chǎn)過程中的若干問題；然后對高強高導(dǎo)Cu-2.5Fe-0.03P合金在不同加工-熱處理狀態(tài)下組織性能演變規(guī)律及其時效析出特性進(jìn)行了研究；在此基礎(chǔ)上還研究了

2、微量Ag、Cr和Zr及形變熱處理對高強高導(dǎo)Cu-Ag-Cr和Cu-Ag-Zr合金組織性能的影響。主要結(jié)論如下： 1.Cu-0.1Fe-0.03P合金熔煉過程中，P的脫氧作用增加了銅熔體的吸氫傾向。熱軋條件下，富氫氣孔在外應(yīng)力作用下聚集長大，形成熱軋板鼓泡缺陷，鼓泡周圍組織疏松，氧化性氣體容易滲透進(jìn)入鼓泡內(nèi)部形成巖鹽狀Cu2O結(jié)晶體。在后續(xù)的多次冷軋和精軋過程中，巖鹽狀Cu2O結(jié)晶體受到壓力的作用發(fā)生破碎或小量變形并且越來越向表層

3、移動。由于Cu2O結(jié)晶體與銅基體之間的結(jié)合力很弱，冷軋過程中微裂紋就在結(jié)合面處產(chǎn)生。繼續(xù)變形時，微裂紋不斷擴展、鼓泡破裂，最后從銅基體上剝落下來，導(dǎo)致薄板表面出現(xiàn)起皮掉渣現(xiàn)象。 2.Cu-0.1Fe-0.03P合金合宜的形變熱處理工藝是熱軋后在線固溶-95％冷軋變形-500℃/2h時效處理，在此條件下，合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導(dǎo)率分別為258 MPa、192 MPa、22.5％和86％IACS。Cu-0.1Fe-0.

4、03P合金成品薄帶的顯微組織結(jié)構(gòu)為固溶體基體和彌散分布的第二相顆粒，第二相顆粒分別為γ-Fe、Fe3P和Fe2P。亞結(jié)構(gòu)強化和析出強化是Cu-0.1Fe-0.03P合金強化的主要原因。 3.極圖和取向分布函數(shù)(ODF)織構(gòu)分析表明水平連鑄卷坯-冷軋-退火新工藝制備的Cu-0.1Fe-0.03P合金薄帶以{110}<112>黃銅織構(gòu)為主，此外還有較弱的{110}<100>高斯織構(gòu)、{123}<634>S織構(gòu)以及{001}<100>

5、立方織構(gòu)，晶體學(xué)織構(gòu)是薄帶出現(xiàn)力學(xué)平面各向異性的主要原因。 4.與傳統(tǒng)工藝制備的薄帶性能相比，水平連鑄卷坯-冷軋-退火新工藝具有流程短、投資少、成本低、成品率高、建設(shè)周期短等顯著優(yōu)點，是一種很有前途的工藝，但是新工藝制備的合金薄帶抗拉強度、電導(dǎo)率和軟化溫度稍低而延伸率稍高。此外，新工藝沒有經(jīng)過熱軋，鑄錠過程中的疏松縮孔沒有焊合，冷軋后容易出現(xiàn)起皮現(xiàn)象，解決的辦法是提高鑄坯的質(zhì)量，消除鑄錠中的疏松和縮孔。 5.熱軋-在線固

6、溶-冷軋-時效態(tài)Cu-2.5Fe-0.03P合金中的Fe和P以Fe3P和Fe相形式存在，合金的高強度來源于形變熱處理產(chǎn)生的亞結(jié)構(gòu)強化及Fe3P和Fe粒子的析出強化。 6.Cu-2.5％Fe-0.03％P合金時效過程的相變動力學(xué)方程可以由導(dǎo)電率隨時間的變化推導(dǎo)出來，導(dǎo)電率和時效過程中第二相析出的體積分?jǐn)?shù)有很好的對應(yīng)關(guān)系，550℃時效時的相變動力學(xué)方程為：f=1-exp(-0.14749t0.52564)。 7.Cu-0.1

7、Ag-0.5Cr合金帶材合宜的形變熱處理工藝為950℃/1h固溶-30％預(yù)冷變形-450℃/4h時效，在此條件下，合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導(dǎo)率分別為397MPa、335MPa、14.8％和77.5％IACS。微量Ag在時效態(tài)Cu-0.1Ag-0.5Cr合金中主要以固溶形式存在，微量Cr則主要以單質(zhì)Cr粒子形式存在，Cu-0.1Ag-0.5Cr合金的強化機制是Ag的固溶強化、預(yù)冷變形引入的亞結(jié)構(gòu)強化和Cr粒子的析出強化。

8、 8.Cu-0.1Ag-0.2Zr合金帶材合宜的形變熱處理工藝為950℃/1h固溶-30％預(yù)冷變形-450℃/4h時效，在此條件下，合金的抗拉強度、屈服強度、延伸率和電導(dǎo)率分別為373MPa、327MPa、10％和95.7％IACS。微量Zr在時效態(tài)Cu-0.1Ag-0.2Zr合金中主要以銅鋯化合物粒子形式存在，它能顯著提高合金的抗再結(jié)晶和抗高溫軟化的能力，Cu-0.1Ag-0.2Zr合金的強化機制是Ag的固溶強化、預(yù)冷變形引入的亞結(jié)