高强高导铜合金的成分与制备工艺优化

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1、第1章绪论并恢复了因固溶处理所降低的导电、导热性，取得了强度、导电和导热性的平衡，因此，此强化型合金是高强高导铜合金的发展方向。(2)弥散强化【34-36】弥散强化是通过向铜基体中添加具有良好热稳定性且不溶解的第二相粒子，细小分散的微粒均匀且弥散地分布于基体中，既能阻碍位错运动而强化基体，又不损害导电性，使强度与传导性兼备。但是应严格控制第二相的大小、形态、数量及分布。弥散的质量在很大程度上取决于制备工艺。制备工艺主要有组元机械混合法、共沉淀法、机械合金化、内氧化法以及溶胶一凝胶法等。通常选用那些细小且具有高硬度，良好热稳定性的氧化物颗粒作为增强相，包括A1203、

2、Zr02、Si02、Y203、Th02等【37,38】。由于强化相的‘‘钉扎"阻碍了位错运动，因而有效地阻止了铜基体的回复与再结晶，既大大提高基体铜的强度与热稳定性，导电、导热性却降低不多。(3)细晶强化【391细晶强化是在浇铸时用快速凝固措施或用热处理手段来获得细小的晶粒，也可以加入某种微量合金元素来细化晶粒，使晶体的晶界增多，阻碍位错运动，从而提高强度。如向铜中添加稀土、硼等元素来细化晶粒【341。按照Hall--Petch公式【40】．一!cry2cro+kyd2(1．1)其中q一屈服应力，吒一常数，K，一常数，d·晶粒平均直径。在多晶中，晶粒越细，屈服强度越

3、高，多晶体在受力变形时，位错被晶界阻挡而塞积在晶界表面，使晶界内的滑移由易到难，最终合金被强化。且停留在晶界处的滑移带在位错塞积群的项部产生应力集中，位错塞积群与外应力发生作用，当这个应力大到足以开动临近晶粒内部的位错源时，滑移带才能从一个晶粒传达下一个晶粒。由于晶界及相邻晶粒取向不同，从而使材料强化。而晶体的传导性能与结晶取向无关，晶粒细化仅使晶体界面增多，对导电率影响不大⋯。(4)冷变形强化H2】冷变形强化亦称冷作硬化，强化的程度随变形程度、变形温度及材料本身性质不同而不同。其机制为：由同一位错源生成的位错，运动至障碍前塞积；4第1章绪论不同位错源生成的位错，运

4、动过程中相遇发生交割；晶粒内的位错网络构成亚晶粒(位错胞)。导致变形后金属的位错密度提高，并阻止位错运动，使金属的塑性变形抗力提高，即材料得到强化。然而增加的各种缺陷会使铜合金的导电率有所下降，且单一的加工硬化对强度的提高有限。因此，它经常与时效强化共同使用来提高铜合金的强度【4jJ。(5)复合强化复合材料可分为两种基本类型：粒子增强型和纤维增强型。弥散强化合金属于粒子增强型，这种材料承受载荷的主要是基体，第二相是强化相，其作用在于阻止位错在基体中运动，合金强度取决于分散粒子对基体中位错的阻碍能力。而纤维增强型复合材料，高强度的第二相纤维是载荷的主要承受者，基体起连

5、接纤维相、向纤维相传递受载时的应力及部分纤维断裂时承担局部载荷的作用，材料的强度主要取决于纤维的强度，纤维与基体界面的粘接程度以及基体剪切强度等因素。且当纤维相分布方向与电流方向一致时，纤维相对铜基体的导电率影响较小，可有效地解决高强度与高导电之间的矛盾。1．2．2高强高导铜合金的制备工艺及方法上述五种强化方式可通过不同的制备方法得以实现，高强高导铜合金的主要制备工艺有冷变形时效热处理法、固溶时效热处理法、快速凝固法、机械合金法及复合材料法等。1．2．2．I冷变形时效热处理法冷变形时效热处理法是目前开发高强高导铜合金普遍采用的方法，是提高材料硬度和导电率的有效措施之

6、一。在时效处理前，先对合金进行一定的变形，变形量的大小对时效处理后合金的性能和组织都有影响。J．Szablewski[441等人发现，冷变形会增加合金的电阻率，降低合金的电阻温度系数，加速过饱和固溶体的分解，且这些量的变化受到合金变形量的影响。冷变形促进了析出相沿位错析出，使导电率在时效处理后得到较大提高，且时效后析出物对位错的钉扎作用可减缓回复及随后的再结晶，不仅提高了合金的温度稳定性，同时变形还能起到提高合金密度的作用。对强度要求高时，还可用固溶处理+时效处理+冷变形的制备工艺，通过5第1章绪论析出强化辅以冷变形强化进一步提高合金的强度，且不会明显降低合金的导电

7、率。1．2．2．2固溶时效热处理法．固溶时效热处理法是开发高强高导铜合金的初期普遍采用的方法【45】。它是先经固溶处理使合金元素固溶于铜基体中，产生晶格畸变提高合金的强度，但恶化合金的导电性，再经过随后的时效处理，大部分合金元素从基体中沉淀析出，既可使合金的导电率较大恢复又因为析出强化而使材料的强度提高。但受到合金元素在固溶体中溶解度的限制，此方法提高合金强度的幅度有限。以固溶原子形态强化铜合金的元素主要有Sn、Zn、Ni、A1、Ag、Cd等，这些元素的含量都较低，一般控制在1％以下，但固溶强化效果不显著，多数情况下是与沉淀强化一同使用。1．2．2．3快速凝固法