不同Zr含量及冷變形對(duì)時(shí)效前后Cu-Cr合金性能的影響

1、 附件6：畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）文獻(xiàn)綜述題 目 不同Zr含量及冷變形對(duì)時(shí)效 前后Cu-Cr合金性能的影響專 業(yè) 材 料 化 學(xué) 班 級(jí) 一 班 學(xué) 生 楊 凱 旋 指導(dǎo)教師 王 瑞 紅 二 一 五 年目 錄1.1 概述31.2 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的發(fā)展現(xiàn)狀41.3 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的設(shè)計(jì)與制備51.3.1合金化法51固溶強(qiáng)化62沉淀強(qiáng)化73 細(xì)晶強(qiáng)化84 冷變形+時(shí)效硬化91.4 研究熱點(diǎn)91.4.1快速凝固法制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金91.4.2 稀土在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金中的應(yīng)用121.5 發(fā)展趨勢(shì)121.6 結(jié)語(yǔ)13參 考 文 獻(xiàn)131.1 概述銅是一種傳統(tǒng)而又現(xiàn)代的重要金屬材料.在人類使用的所有材料中,銅對(duì)人類

2、文明的影響最顯著。從人類文明直到今天，銅為人類社會(huì)的不斷進(jìn)步作出了重大的貢獻(xiàn)。銅是人類最早認(rèn)識(shí)和使用的金屬，也是人類用以制造工具的第一種金屬。我國(guó)的青銅器冶煉始于夏代（約公元前21世紀(jì)至約公元前17世紀(jì)）。進(jìn)入奴隸社會(huì)以后，煉銅技術(shù)發(fā)展很快。所使用的勞動(dòng)工具、武器、食具、貨幣、日用品和車馬裝飾等，都是用青銅制造的，顯示出我們祖先精湛的藝術(shù)才能。更主要的是青銅材料代表一種新的生產(chǎn)力登上了歷史舞臺(tái)，有力地促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明的進(jìn)步，為人類社會(huì)的進(jìn)步作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)。隨著人類文明的發(fā)展，銅及銅合金不斷開發(fā)出新的用途，成為一個(gè)充滿生機(jī)和活力的現(xiàn)代工程材料。當(dāng)前人類步入電氣化和電子信息為特征

3、的高度文明的社會(huì)，為銅的應(yīng)用開辟了更為廣闊的天地。銅以品種繁多的合金和化合物的形式被人們利用，已經(jīng)深深地滲入到生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，成為人類進(jìn)入21世紀(jì)取得飛速發(fā)展的一個(gè)不可缺少的重要金屬。2002年，全球的銅消耗量為1515萬(wàn)噸，至2006年銅的消耗量為1817萬(wàn)噸，年消耗量增長(zhǎng)約近4.7。而我國(guó)2002年的銅消耗量達(dá)250萬(wàn)噸，占全球銅消耗量的17，近幾年需求保持了每年超過9的高速增長(zhǎng)。我國(guó)已取代美國(guó)，成為世界第一大銅消費(fèi)國(guó)。不論從世界還是從我國(guó)來看，銅的使用量增長(zhǎng)勢(shì)頭強(qiáng)勁。近幾年來，由于我國(guó)銅消費(fèi)量急劇增加，國(guó)內(nèi)資源保證程度不斷下降，已引起各方面的關(guān)注。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、中國(guó)工程院、

4、中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)等部門均對(duì)未來一個(gè)時(shí)期國(guó)內(nèi)銅需求進(jìn)行了分析預(yù)測(cè)，綜合各部門對(duì)我國(guó)精銅需求的分析預(yù)測(cè)，2015年我國(guó)精銅需求量在400萬(wàn)450萬(wàn)噸之間，2020年精銅需求量在650萬(wàn)660萬(wàn)噸之間。Cu-Cr-Zr合金具有高的強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，被廣泛應(yīng)用于高強(qiáng)、高導(dǎo)領(lǐng)域，如：制備電焊電極、連鑄機(jī)結(jié)晶器內(nèi)襯、集成電路引線框架、電車及電力機(jī)車架空導(dǎo)線及觸頭材料等14。Cu-Cr-Zr系合金是目前研制出的唯一能夠滿足超大規(guī)模集成電路性能要求的高強(qiáng)高導(dǎo)框架材料（抗拉強(qiáng)度600MPa以上、電導(dǎo)率大于80IACS），該類合金一般含有0.150.35Cr，0.080.25Zr。位于Cu-CrZr

5、二元截面上，其主要強(qiáng)化相為CrZr，CrZr高溫時(shí)為密排六方晶格，低溫時(shí)為面心立方晶格，根據(jù)合金中Cr和Zr含量的不同，可以在固溶體中單獨(dú)析出CrZr或同時(shí)析出相與CrZr，可以產(chǎn)生明顯的析出強(qiáng)化效果。1.2 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的發(fā)展現(xiàn)狀近年來，不少學(xué)者又對(duì)Cu-Cr-Zr進(jìn)行了系統(tǒng)研究，日本三菱公司所開發(fā)的Cu-Cr-Zr系列的合金OMCL-1，經(jīng)時(shí)效處理析出Cr相和CuZr相的顆粒，使其抗拉強(qiáng)度達(dá)到610MPa，電導(dǎo)率為82.7IACS。Cu-Cr-Zr合金除同時(shí)具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性之外，還擁有高達(dá)500的再結(jié)晶溫度。Cu-Cr-Zr合金優(yōu)良特性歸功于Zr與Cr在析出過程中的交互作用，Zr在細(xì)

6、化Cr的析出相的同時(shí)，使其形狀更傾向于球形；同時(shí)Zr能提高Cu-Cr合金的晶界強(qiáng)度。N.Y.Tang等發(fā)現(xiàn)Zr能提高Cu-Cr合金的蠕變、疲勞性能，他們認(rèn)為這是由于在晶界處形成了富Zr相，從而降低了晶界的可動(dòng)性。另有J.Szablewski等發(fā)現(xiàn)Zr能防止Cu-Cr合金在700附近的高溫脆性，他們認(rèn)為Cu-Cr合金的高溫脆性是晶界上存在的富S化合物相引起，該化合物相熔點(diǎn)較低，在高溫下溶化而使晶界弱化，導(dǎo)致高溫脆性。而Zr能與S化合，形成高溫不易熔化的化合物，從而使合金脆性的沿晶斷口變成了韌性的穿晶斷口5。Cu-Cr-Zr合金的工業(yè)化生產(chǎn)的首要問題是熔煉。由于Cr、Zr元素與氧親和力較大，因此在

7、熔煉Cu-Cr-Zr合金時(shí)必須解決合金元素的燒損問題。采用真空熔煉方法對(duì)實(shí)際生產(chǎn)成本太高。解決Cu-Cr-Zr合金的大氣熔煉問題，是許多研究機(jī)構(gòu)，尤其是銅合金生產(chǎn)企業(yè)的研究方向之一。其次是如何利用微量元素交互作用。H.Suzuki6等人發(fā)現(xiàn)Cr與Zr能發(fā)生協(xié)同作用，在相同的時(shí)效條件下可獲得更為細(xì)小的析出物，從而提高材料強(qiáng)度。Batewi7等人發(fā)現(xiàn)Zr、Ti、Si、Mg元素對(duì)Cr析出物形狀有影響，雖然各個(gè)研究者之間還存在分歧，如含Zr的析出物的分布情況，合金中析出相結(jié)構(gòu)等，但微合金化還是提高Cu-Cr-Zr合金強(qiáng)度的有效途徑之一。1.3 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的設(shè)計(jì)與制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的設(shè)計(jì)主要有兩種思

8、路:(1)添加適量合金元素強(qiáng)化銅基體來提高強(qiáng)度,同時(shí)盡量避免添加元素對(duì)導(dǎo)電率的不良影響(2)引入第二強(qiáng)化相形成復(fù)合材料來達(dá)到高強(qiáng)高導(dǎo)。銅合金的導(dǎo)電率和強(qiáng)度往往成反比關(guān)系，一般來說導(dǎo)電率高則強(qiáng)度低，強(qiáng)度高則導(dǎo)電率很難提高，合金元素的加入都不同程度地降低銅的導(dǎo)電率，因而必須采用特殊的強(qiáng)化方式在保證高導(dǎo)電率的前提下盡可能提高其強(qiáng)度。目前制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金主要有合金化法和復(fù)合材料法。這里僅介紹合金化方法。1.3.1合金化法合金化法是通過在銅基體中加入一定的合金元素，形成固溶體，再通過機(jī)械加工或熱處理使其組織和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得高強(qiáng)度和高導(dǎo)電性能兼?zhèn)涞你~合金。其強(qiáng)化手段主要有固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、細(xì)晶

9、強(qiáng)化、冷變形+時(shí)效硬化等。1固溶強(qiáng)化以固溶原子形式強(qiáng)化銅合金的元素主要有Sn、Zn、Ni、Al、Si、Mn、Ag8等根據(jù)Mott-Nabbaro的理論9，對(duì)于稀薄固溶體，屈服強(qiáng)度隨溶質(zhì)原子濃度的變化關(guān)系可表示為：=0+kCm (1)式中為合金的屈服強(qiáng)度；0為純金屬的屈服強(qiáng)度；C為溶質(zhì)原子濃度；k、m為常數(shù)，決于基體和合金元素的性質(zhì)。隨著溶質(zhì)原子的含量增加，合金的屈服應(yīng)力近似直線上升，固溶原子一方面通過柯氏氣團(tuán)釘扎位錯(cuò)，提高材料的強(qiáng)度，另一方面也會(huì)增加對(duì)電子的散射作用而損壞材料的導(dǎo)電性。合金元素對(duì)銅合金導(dǎo)電性的影響主要是固溶于銅基體中的合金元素進(jìn)入銅晶體后，因其原子尺寸與銅原子不同，從而引起點(diǎn)陣

10、畸變。點(diǎn)陣畸變?cè)黾恿穗娮由⑸渥饔?，因而將引起銅合金的導(dǎo)電率下降。根據(jù)Mathiessen定律，低濃度固溶體的電阻率可表示為：=º+. +K （2）式中：為固溶體溶劑組元的電阻率，為溶質(zhì)原子含量，為溶質(zhì)原子引起的附加電阻率，K為與溫度和溶質(zhì)濃度有關(guān)的偏離參量.合金元素如Cd、Sn、Ag等對(duì)銅合金的導(dǎo)電性影響較小，文獻(xiàn)13報(bào)道Cu-0.085Ag經(jīng)冷加工后，強(qiáng)度可以達(dá)到420Mpa，導(dǎo)電率為100IACS。Cu-（0.050.15）Cd經(jīng)過冷卻硬化后，具有較高的導(dǎo)電率（可達(dá)96IACS）和較高的抗拉強(qiáng)度,但是對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金而言由于單獨(dú)利用固溶強(qiáng)化效果不顯著,所以對(duì)開發(fā)的銅合金單獨(dú)利用固

11、溶強(qiáng)化的例子較少(如日本日立電線公司開發(fā) 的01SnOFC Cu-0.01Sn合金)。固溶強(qiáng)化主要用于要求銅合金具有高導(dǎo)電率，而對(duì)強(qiáng)度要求不高的場(chǎng)合。多數(shù)情況下是固溶強(qiáng)化與時(shí)效強(qiáng)化一同使用。在銅基體中加入少量合金元素，合金元素對(duì)銅基體起固溶強(qiáng)化作用，使強(qiáng)度得以提高，但合金的導(dǎo)電性下降。經(jīng)時(shí)效處理后，使過飽和固溶體分解，大部分合金元素從固溶體中以一定形式析出，彌散分布在基體中形成沉淀相，沉淀相能有效阻止晶界和位錯(cuò)的移動(dòng)，從而大大提高合金的強(qiáng)度。2沉淀強(qiáng)化在銅中的溶解度隨著溫度降低而減小,從而有沉淀強(qiáng)化效果的合金元素主要有Cr、Zr、Be、Fe、Nb等.產(chǎn)生固溶強(qiáng)化+沉淀強(qiáng)化的合金元素應(yīng)具備以下2

12、個(gè)條件；（1）高溫和低溫下在銅中的固溶度相差較大，以便時(shí)效時(shí)能產(chǎn)生足夠多的強(qiáng)化相；（2)室溫時(shí)在銅中的固溶度較小，以保證基體的高導(dǎo)電性。按照此原理開發(fā)的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金有Cu-Cr、Cu-Zr、Cu-Fe、Cu-Fe-Ti、Cu-Ni-Be等系列，而以Cu-Cr、Cu-Zr系合金的發(fā)展最為迅速，應(yīng)用最為廣泛。時(shí)效析初期，析出物粒子尺寸較小，析出粒子與基體共格時(shí)，位錯(cuò)與粒子的交互作用為切割方式，按照Fleisher模式10，析出粒子引起的臨界剪應(yīng)力增量可表示為： 0=32G（Rfb12） （3）式中為常數(shù)(一般為2.63.7)， 為共格晶界處的位錯(cuò)配應(yīng)變G為基體的剪切模量；b為基體位錯(cuò)的Burge

13、rs矢量，R為粒子的半徑，f為粒子所占的體積分?jǐn)?shù)。時(shí)效析出中后期，析出物粗化，析出粒子與銅基體由共格轉(zhuǎn)化為半共格或非共格，位錯(cuò)與粒子交互作用為繞過方式(Orowan模式)，其臨界剪應(yīng)力可表示為：0 1.19(TRb)f½ （4）式中：T為位錯(cuò)線的線張力,R為粒子的半徑，b為基體位錯(cuò)的Burgers矢量，f為粒子所占的體積分?jǐn)?shù)。3 細(xì)晶強(qiáng)化細(xì)晶強(qiáng)化是在澆鑄時(shí)采用快速凝固或熱處理手段來獲得細(xì)小的晶粒，也可以加入某種微量合金元素來細(xì)化晶粒。Hall-Petch公式：=0 +kd½ （5）式中：為材料的屈服應(yīng)力，0為常數(shù)，k為常數(shù)，d為晶粒平均直徑。在多晶體中，晶粒越細(xì)，屈服強(qiáng)度越

14、高，多晶體在受力變形過程中，位錯(cuò)被晶界阻擋而塞積在晶界表面，從而迫使晶界內(nèi)的滑移困難，最終合金被強(qiáng)化，由于晶粒細(xì)化僅使晶體界面增多，因而對(duì)導(dǎo)電率影響不大。為了獲得超細(xì)晶粒組織!可以采用以下幾種方法：(1)改善結(jié)晶過程中的凝固條件，一方面盡量提高冷卻速度，另一方面調(diào)節(jié)合金的成分以提高液體金屬適應(yīng)過冷的能力，使結(jié)晶從轉(zhuǎn)變一開始就有相當(dāng)大的成核速度，進(jìn)而取得細(xì)小的初生晶粒組織。(2)進(jìn)行形變,同時(shí)嚴(yán)格控制隨后的回復(fù)和再結(jié)晶過程以取得細(xì)小晶粒組織。（3）利用脫溶反應(yīng)、紡錘分解、粉末燒結(jié)、內(nèi)氧化等方法在合金內(nèi)產(chǎn)生彌散的第二相以限制基體組織的晶粒長(zhǎng)大。（4）通過加入某種微量合金元素來細(xì)化晶粒。目前銅合金晶

15、粒細(xì)化技術(shù)已經(jīng)比較成功，如在銅合金熔煉中加入微量元素-稀土。廖樂杰等研制的高導(dǎo)稀土銅合金強(qiáng)度可以超過430Mpa，導(dǎo)電率大于96IACS。4 冷變形+時(shí)效硬化冷變形能使銅內(nèi)部位錯(cuò)大量增殖，根據(jù)位錯(cuò)強(qiáng)化理論，金屬變形的主要方式是位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，位錯(cuò)在運(yùn)動(dòng)過程中彼此交截，形成割階，使位錯(cuò)的可動(dòng)性減小，許多位錯(cuò)交互作用后，纏結(jié)在一起形成位錯(cuò)塞結(jié)，使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)變得十分困難，從而提高銅的強(qiáng)度。但是由形變強(qiáng)化而引起合金強(qiáng)度的增加有限，所以形變強(qiáng)化很少單獨(dú)使用，它常作為時(shí)效強(qiáng)化的輔助促進(jìn)手段，如采用工藝（固溶處理+冷變形+時(shí)效處理）或工藝（固溶處理+時(shí)效處理+冷變形）。當(dāng)銅合金性能側(cè)重于合金的導(dǎo)電率時(shí)常采用工藝，

16、側(cè)重于合金的強(qiáng)度時(shí)則采用工藝。綜上所述，合金化強(qiáng)化的一般途徑是，添加適量合金元素實(shí)現(xiàn)固溶強(qiáng)化，通過塑性變形達(dá)到形變強(qiáng)化，通過實(shí)效析出或晶粒細(xì)化進(jìn)一步強(qiáng)化。單一的固溶強(qiáng)化，沉淀強(qiáng)化及形變強(qiáng)化的效果往往有限，銅合金的強(qiáng)度一般較低，導(dǎo)電性也不理想。因而常常將幾種強(qiáng)化方式聯(lián)合作用，如在工廠里采用工藝可以大大提高沉淀強(qiáng)化銅合金的強(qiáng)度而對(duì)導(dǎo)電率影響很小。1.4 研究熱點(diǎn)1.4.1快速凝固法制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金傳統(tǒng)的提高銅合金強(qiáng)度的方法是通過合金化及“固溶+時(shí)效”熱處理，但是不足以滿足高強(qiáng)高導(dǎo)兼顧的要求?？焖倌碳夹g(shù)的發(fā)展為高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究與生產(chǎn)開辟了新的前景?？焖倌?，是指通過合金熔體的快速冷卻（104

17、 106 Ks）或非均質(zhì)形核被遏制而形成很大的起始形核過冷度，或通過快速移動(dòng)的溫度場(chǎng)的作用，使合金發(fā)生高生長(zhǎng)速率（1100s）11。應(yīng)用這一技術(shù)已制備了許多二元銅合金，包括Cu-Zr、Cu-V、Cu-Cr、Cu-Si、Cu-Al、Cu-Fe、Cu-RE(這里RE是指La、Nd、Sm）和Cu-Y等12-18。快速凝固技術(shù)不僅擴(kuò)展了第二組元在銅中的固溶度，而且發(fā)現(xiàn)了一些新的亞穩(wěn)相，如Cu5Y、Cu9Y、Cu2Al3、Cu9Al4、Cu5La、Cu15La等。研究表明，采用快速凝固技術(shù)由于凝固過程的快速凝固、起始形核過冷度大，生長(zhǎng)速率高，使固液界面偏離平衡，因而呈現(xiàn)出一系列與常規(guī)銅合金不同的組織和結(jié)

18、構(gòu)特征，如（1）顯著擴(kuò)大合金元素在銅中的固溶量；（2）大大細(xì)化了晶粒尺寸；（3）降低了化學(xué)成分的顯微偏析；（4）增大了晶體缺陷密度；（5）形成新的亞穩(wěn)相結(jié)構(gòu)；（6）時(shí)效處理后，銅基體中第二組元含量提高，彌散程度增大。這樣，快速凝固銅合金在保持良好的導(dǎo)電性的同時(shí)，合金強(qiáng)度得到了更有效地提高，耐磨、耐腐蝕性能也得到改善?？焖倌碳夹g(shù)開發(fā)高性能銅合金的基本原理是：將低平衡固溶度合金元加入銅基體中，通過快速凝固方法獲得過飽和固溶體，再通過時(shí)效處理，使過飽和固溶體分解，合金元素以細(xì)小的彌散沉淀相均勻析出于基體中或晶界上，起到很好的強(qiáng)化作用，同時(shí)導(dǎo)電率得到大幅度恢復(fù)。目前在開發(fā)高性能銅合金中已采用的快速凝

19、固方法有旋鑄法、超聲氣體霧化法和噴射成型法，分別用于制取快速凝固條帶、粉末或塊錠材料。Tenwick等12研究了快速凝固的Cu-Cr和Cu-Zr合金，發(fā)現(xiàn)熔體旋鑄法獲得的20m厚的薄帶中，Cr的固溶度從平衡0.65（原子分?jǐn)?shù)）提高到3.3（原子分?jǐn)?shù)）。Zr的固溶度從0.2（原子分?jǐn)?shù)）提高到1.33（原子分?jǐn)?shù)）。時(shí)效處理后Cu-1.33（原子分?jǐn)?shù)）Zr合金的顯微硬度達(dá)到340HV,Cu-3.3（原子分?jǐn)?shù)）Cr合金的鐵峰值硬度達(dá)到400HV,二者的硬度值均為常規(guī)合金硬度的3倍，同時(shí)導(dǎo)電率分別為40IACS和50IACS。J.Szablewski等19對(duì)快速凝固Cu-3.1（原子分?jǐn)?shù)）Cr合金的電特

20、性研究表明，制備的快速凝固銅鉻合金比常規(guī)凝固合金的電阻率高，其原因?yàn)殂~鉻合金的電阻率主要取決于固溶態(tài)的鉻原子的間距和彌散的鉻顆粒間距，即隨間距的減小，導(dǎo)電率降低，但是相比較而言，固溶態(tài)的鉻原子對(duì)合金的電阻率影響更顯著。快速凝固銅鉻合金因固溶度的增大而電阻率增加，但是通過時(shí)效處理降低了固溶態(tài)的鉻含量，增大了鉻原子間距，從而使合金的導(dǎo)電率得到恢復(fù)。Batawi等20對(duì)熔體旋鑄法制備的Cu-3（原子分?jǐn)?shù)）B和Cu-7（原子分?jǐn)?shù)）B二元合金的研究表明,在晶界處有大量富硼的小顆粒阻礙了硼原子繼續(xù)從固溶體中向晶界的遷移,所以在873973K熱處理時(shí)，這些小顆粒有很好的粗化抗力，并且釘扎于晶界，防止晶界移動(dòng)

21、，使基體晶粒不易粗化，因而合金具有良好的室溫和高溫強(qiáng)度。Singh等21通過噴射沉積制備的Cu-0.4（原子分?jǐn)?shù)）Zr合金經(jīng)過軋制和時(shí)效后，由于Cu-Zr顆粒的作用，該合金直到723K時(shí),其強(qiáng)度都沒有明顯下降。L.Arnberg等22通過超聲氣體霧化法制備出快速凝固Cu-0.5（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）Zr合金粉末，經(jīng)過873K熱擠壓緊實(shí)后,其晶粒尺寸在0.5m左右，并在晶界上發(fā)現(xiàn)亞穩(wěn)金屬間化合物相，合金的屈服強(qiáng)度達(dá)到406Mpa，延伸率為11，導(dǎo)電率為91IACS。由以上幾種快速凝固銅基合金性能的研究結(jié)果表明，快速凝固過程不僅顯著提高了銅合金的強(qiáng)度，而且通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗罂墒蛊鋵?dǎo)電性大幅度恢復(fù)，從而達(dá)到強(qiáng)

22、度和導(dǎo)電率兩者的良好結(jié)合。因而快速凝固技術(shù)為制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。雖然快速凝固技術(shù)開發(fā)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金在國(guó)內(nèi)外均取得了一定的進(jìn)展，但是還存在許多有待于今后研究的問題，如以往的研究大多是圍繞合金的時(shí)效過程進(jìn)行，主要以顯微結(jié)構(gòu)和性能的分析為主，而圍繞快速凝固動(dòng)力學(xué)過程的研究還很少。而快速凝固銅合金的最終顯微結(jié)構(gòu)和性能，不僅取決于時(shí)效過程對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的影響，還取決于制備銅合金的顯微結(jié)構(gòu)，這就需要從凝固動(dòng)力學(xué)角度對(duì)形成機(jī)制進(jìn)行深入細(xì)致的分析，包括凝固動(dòng)力學(xué)參數(shù)對(duì)顯微結(jié)構(gòu)的影響以及顯微結(jié)構(gòu)對(duì)時(shí)效過程的影響。因此今后對(duì)快速凝固高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究不僅在于以時(shí)效過程的分析為依據(jù)優(yōu)化合金成分，時(shí)效

23、工藝來改善顯微組織結(jié)構(gòu)和性能，還應(yīng)該以凝固過程的分析為依據(jù)優(yōu)化合金成分、優(yōu)化凝固動(dòng)力學(xué)參數(shù)來滿足材料顯微結(jié)構(gòu)和性能的要求。1.4.2 稀土在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金中的應(yīng)用稀土在銅合金中的作用主要有23：脫氧，脫硫，脫氫及脫除鉛、鉍等有害雜質(zhì)，凈化銅合金的成分；消除枝狀晶、細(xì)化晶粒，提高塑性和強(qiáng)度，減少表面裂紋和缺陷；改善和提高銅及其合金的熱加工性能，提高塑性；提高銅及其合金的導(dǎo)電性、熱強(qiáng)性、抗氧化性和焊接性能。稀土對(duì)銅合金性能的改善已被大量實(shí)驗(yàn)所證實(shí)24，如在普通電解銅中加入一定量的稀土可生產(chǎn)出高導(dǎo)電率稀土銅排，其導(dǎo)電率、抗拉強(qiáng)度、延伸率、高溫軟化溫度等指標(biāo)均優(yōu)于普通的紫銅排。在銅合金中加入一定量的鈰

24、，可明顯提高合金的耐腐性和抗局部腐蝕能力；在Cu-Cr合金中加入不超過0.5的銥、鑭等稀土元素可使合金抗拉強(qiáng)度達(dá)570Mpa，導(dǎo)電率達(dá)90IACS。在純銅中加入0.05左右的稀土可使其導(dǎo)電率達(dá)到103IACS25。值得注意的是，各合金系中稀土的加入都有一最佳值或適當(dāng)?shù)挠昧糠秶^其臨界值時(shí)，稀土的作用就與雜質(zhì)元素差不多，嚴(yán)重影響銅合金的各項(xiàng)性能。目前，稀土對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金組織性能影響的研究仍處在實(shí)驗(yàn)階段，稀土改善銅合金的性能從理論上仍有待進(jìn)一步探討，稀土在銅合金中的分布規(guī)律和存在狀態(tài)等還有待進(jìn)一步定量研究。應(yīng)盡快將最新研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，使我國(guó)儲(chǔ)量豐富的稀土資源更好地為國(guó)民經(jīng)濟(jì)服務(wù)。1.

25、5 發(fā)展趨勢(shì)合金化法制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金主要有固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化兩種方，細(xì)晶強(qiáng)化和形變強(qiáng)化常作為輔助強(qiáng)化手段。由于銅與其他異種金屬有良好的熔合性，已開發(fā)出了諸如Cu-Zn、Cu-Sn、Cu-Al、和Cu-Ni等一系列固溶強(qiáng)化型合金。但固溶元素在金屬中使導(dǎo)電電子散射加劇，導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性大幅度下降，因此，就高強(qiáng)高導(dǎo)合金而言，固溶強(qiáng)化型合金較少。沉淀強(qiáng)化型合金，經(jīng)高溫固溶處理，隨后時(shí)效，合金元素呈彌散相析出，固溶體貧化為純銅基體，恢復(fù)了因固溶處理所降低的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性，取得了強(qiáng)度與導(dǎo)電、導(dǎo)熱性的平衡，因此，沉淀強(qiáng)化法仍是制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的主要途徑。為了進(jìn)一步提高銅基二元合金的強(qiáng)度，改善導(dǎo)電性，彌補(bǔ)其

26、它性能上的不足，在二元合金的基礎(chǔ)上，添加微量的第三組元甚至第四組元。如在Cu-Cr合金的基礎(chǔ)上添加微量Zr及Mg既能顯著提高其強(qiáng)度和導(dǎo)電率，同時(shí)又能有效地防止合金過時(shí)效，在銅合金中添加適量稀土能顯著細(xì)化晶粒，提高強(qiáng)度。韌性及其他加工性能。目前多元復(fù)合微合金化技術(shù)已越來越受到重視，已成為進(jìn)一步改善高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金綜合性能的有效手段。1.6 結(jié)語(yǔ)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，國(guó)外高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研制已達(dá)到一個(gè)很高的水平。我國(guó)在這方面起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在較大差距，研制開發(fā)任務(wù)仍然艱巨。目前，我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域無論是在研究上還是在生產(chǎn)上都處于比較落后的地位,日本等一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在十幾年前便已投入規(guī)模生產(chǎn),所以

27、應(yīng)加大對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金研制力度,花大力氣改善銅材的性能,努力實(shí)現(xiàn)規(guī)模型產(chǎn)業(yè)化。與此同時(shí)，應(yīng)結(jié)合我國(guó)資源特點(diǎn)，開展新型高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究，盡快建立有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金體系。參 考 文 獻(xiàn)1 劉平，顧海澄，曹國(guó)興.銅基集成電路引線框架材料發(fā)展概況.材料開發(fā)與應(yīng)用，1998，13（3）：37382 趙冬梅，董企銘，劉平等.高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金成分設(shè)計(jì).功能材料，2001，6：6096113 趙冬梅，董企銘，劉平等.銅合金引線框架材料的發(fā)展.材料導(dǎo)報(bào)，2001，15（5）：25274 鄭雁軍，姚家鑫，李國(guó)俊.高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金的研究現(xiàn)狀及展望.材料導(dǎo)報(bào)，1997，11（5）：52555 Szab

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