检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王琪斌太原理工大学

学位级别：硕士

新型beta-gamma TiAl合金具有细小均匀的组织、优良的高温变形能力以及优异的机械加工性能等优点,拓宽了TiAl合金的加工窗口。然而,大量β相稳定元素的添加,使得beta-gamma TiAl合金组织的高温稳定性降低。在长期热暴露条件下,α2/γ片... 详细信息

新型beta-gamma TiAl合金具有细小均匀的组织、优良的高温变形能力以及优异的机械加工性能等优点,拓宽了TiAl合金的加工窗口。然而,大量β相稳定元素的添加,使得beta-gamma TiAl合金组织的高温稳定性降低。在长期热暴露条件下,α2/γ片层结构会发生不连续析出,使得α2/γ片层结构被破坏分解,恶化合金的力学性能,不利于合金的大规模工程化应用。因此,系统研究片层结构的不连续析出行为对提高合金的综合性能具有重要的理论指导意义。本文通过真空自耗熔炼制备了Ti-42Al-3Nb-1Mo-0.1B（at.%）合金,采用无包套锻造工艺制备合金锻坯,系统研究了热处理过程中锻态合金的不连续析出行为,并通过调控微观组织改善了力学性能。Ti-42Al-3Nb-1Mo-0.1B合金的凝固路径为L→L+β→β→β+α→α→α+γ→α+β+γ→α2+β/B2+γ。1260℃等温锻造和1260℃-1220℃降温锻造后合金微观组织均为近片层组织,（β/B2+γ）混合组织沿和α2/γ片层团边界分布,并表现出明显的锻造流线。晶界处残留β/B2与相邻α2相的Burgers位向关系在锻造过程中被破坏。铸态合金的室温抗拉强度为659 MPa,室温延伸率很低仅为0.18%,经等温和降温锻造后合金的室温抗拉强度得到了显著提高,分别达到了为886 MPa和898MPa。降温锻造合金的高温拉伸性能普遍优于等温锻造合金。当温度低于韧脆转变温度TBD时,近片层组织的试样拉伸断口形貌表现出穿片层断裂和沿片层断裂特征。当温度高于TBD时,拉伸断口处逐渐出现韧性断裂的韧窝和撕裂棱,裂纹萌生后不易向外扩展,而是会被钝化并逐渐形成微孔,微孔优先在β/B2相周围形成,在变形过程中大量微孔发生连接后发生微孔聚集型断裂。锻态Ti-42Al-3Nb-1Mo-0.1B合金经950℃/6 h/FC热处理后合金显微组织变化不大,仍由α2/γ片层晶团和片层团晶界处的γ+β/B2混合组织组成。随着温度升高至1000℃,锻造流线形貌消失。当温度为1100℃,组织由近片层组织向双态组织转变,存在明显的不连续析出现象,α2片层内连续脱溶析出细小针状β/B2相,同时片层结构发生cellular反应（α2+γ）L→（γ+β）E,α2/γ片层结构被分解而析出等轴γ和β/B2晶粒。由于变形时α2/γ片层组织发生弯曲扭折,产生了局部的应力集中。应力集中处位错塞积会不断侵蚀α2片层,导致片层界面局部的凹陷,使得α2相逐渐析出等轴γ相。同时,会在析出的γ相周围产生一个局部的Mo和Nb元素富集区域,促使β晶粒相继析出。锻态Ti-42Al-3Nb-1Mo-0.1B合金全片层热处理工艺为1100℃/6 h/FC+1300℃/4min/FC两步热处理。全片层热处理后,片层团晶粒尺寸相对较为细小,平均晶粒尺寸约为56μm。全片层组织试样在800℃拉伸时,屈服强度和抗拉强度分别达到了703 MPa和780 MPa,而延伸率较差,仅为1.25%。随着温度的升高至850℃,试样强度降低而塑性显著上升,屈服强度和抗拉强度分别降至566 MPa和552 MPa,而延伸率提高至23.7%。全片层组织在低于TBD温度拉伸时,全片层组织在片层界面或晶界处起裂,并形成“Z”型裂纹特征。当变形温度高于TBD时,合金发生韧脆转变,裂纹萌发于晶界以及片层界面处,在解理扩展时易被钝化形成微孔,阻碍了裂纹的扩展,从而提高了合金的塑韧性。

关键词： Beta-gamma TiAl合金锻造热处理不连续析出拉伸性能断裂机制

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Cu-20Ni-20Mn合金连续/不连续时效析出及其相互作用研究

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稀有金属材料与工程 2017年第12期46卷 3799-3804页

作者：谢伟滨王强松解国良刘冬梅米绪军高学成北京有色金属研究总院北京100088

通过扫描电镜、透射电镜和小角散射研究了Cu-20Ni-20Mn合金在573~698 K温度下的时效析出行为,确定不连续析出和连续析出之间的相互作用。结果表明:当时效温度低于623 K,沉淀相析出主要以不连续析出为主导。时效温度大于673 K时,沉淀相... 详细信息

通过扫描电镜、透射电镜和小角散射研究了Cu-20Ni-20Mn合金在573~698 K温度下的时效析出行为,确定不连续析出和连续析出之间的相互作用。结果表明:当时效温度低于623 K,沉淀相析出主要以不连续析出为主导。时效温度大于673 K时,沉淀相析出则主要由连续析出和不连续析出共同控制。时效过程中,沉淀相优先在晶界形核长大,形成由Ni Mn相和贫溶质原子基体组成的片层状不连续析出胞状组织。然而连续析出沉淀相的存在会抑制不连续胞状组织的长大,当沉淀相直径约大于5 nm时,将能有效阻碍不连续析出胞状组织界面前沿的迁移。利用Aaronson-Liu模型估算出不连续析出的晶界化学扩散混合积sδDb,进一步通过Arrhenius方程分析得出不连续析出胞状组织的激活能为77.3~110.9 kJ/mol。界面激活能要远低于Ni、Mn元素在Cu中扩散所需的激活能,表明沉淀相易于在晶界处形核析出。

关键词： Cu-Ni-Mn合金连续析出不连续析出界面扩散激活能

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Nb合金化对Ni-40Cr合金组织与力学性能的影响

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材料工程 2025年

作者：张琳张雨时许秀杰左小伟东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室东北大学冶金学院大湾区大学(筹)物质科学学院

控制高Cr含量Ni-Cr合金的不连续析出（DP）及连续析出（CP）是调整其微观组织和力学性能的关键。本文采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了Ni-40Cr-xNb（x=0、1、3）合金的形貌和相组成，并通过显微硬度与室温拉伸测试其力学性... 详细信息

控制高Cr含量Ni-Cr合金的不连续析出（DP）及连续析出（CP）是调整其微观组织和力学性能的关键。本文采用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪分析了Ni-40Cr-xNb（x=0、1、3）合金的形貌和相组成，并通过显微硬度与室温拉伸测试其力学性能。研究结果表明：Nb元素在晶界偏析以及在时效后期在晶界析出，由于晶界能的降低、溶质阻力以及Zener钉扎的作用，极大抑制了晶界的析出与迁移，从而使得DP几乎被完全抑制。由于DP与CP典型的竞争生长模式，晶界DP的抑制为CP提供了强大的化学驱动力，使晶内CP迅速生长。并讨论了DP和CP析出相与力学性能之间的关系。

关键词：不连续析出连续析出 Ni-Cr合金 Nb

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微量Ti调控Cu-Ni-Sn合金的显微组织与性能(英文)

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2023年

作者：胡莹琳程子洛李晓娜利助民侯远迪李敏杨冕郑月红董闯大连理工大学材料科学与工程学院大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室安徽工程大学材料科学与工程学院兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室

Sn偏析和晶界处不连续析出会恶化Cu-Ni-Sn合金的强度、塑性和可加工性。为了解决上述问题，可通过引入强焓相互作用元素对合金进行多组元化成分设计。本文采用团簇加连接原子模型设计一系列Cu80Ni15Sn5-xTix合金，然后利用TEM等系统研... 详细信息

Sn偏析和晶界处不连续析出会恶化Cu-Ni-Sn合金的强度、塑性和可加工性。为了解决上述问题，可通过引入强焓相互作用元素对合金进行多组元化成分设计。本文采用团簇加连接原子模型设计一系列Cu80Ni15Sn5-xTix合金，然后利用TEM等系统研究了不同Ti含量对合金组织及性能的影响。结果表明，Ti可以有效抑制偏析和不连续析出，同时促进连续析出，从而提升合金的高温稳定性。随着Ti含量的增加，Ti在合金中的分布方式从均匀分布转变为以析出为主导。当Ti处于固溶状态时，合金的硬度和电导率均超过C72900 (Cu-15Ni-8Sn （wt. %）)工业合金和Cu80Ni15Sn5（at. %）参比合金。

关键词： Cu-Ni-Sn合金团簇加连接原子模型偏析不连续析出焓相互作用

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Cu-15Ni-8Sn-xMo合金组织及力学性能研究

Cu-15Ni-8Sn-xMo合金组织及力学性能研究

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作者：张恺中北大学

学位级别：硕士

Cu-Ni-Sn合金兼具高弹性模量、硬度、导电性和良好耐磨性,在海洋工程、采矿、航空航天和电子工业等领域广泛应用。然而,高锡Cu-15Ni-8Sn合金在凝固过程中极易出现Sn元素偏析且后续时效处理存在不连续析出等问题,导致合金的综合性能急剧... 详细信息

Cu-Ni-Sn合金兼具高弹性模量、硬度、导电性和良好耐磨性,在海洋工程、采矿、航空航天和电子工业等领域广泛应用。然而,高锡Cu-15Ni-8Sn合金在凝固过程中极易出现Sn元素偏析且后续时效处理存在不连续析出等问题,导致合金的综合性能急剧下降。本文在Cu-15Ni-8Sn合金基础上添加Mo元素,结合模拟计算和实验表征两方面,系统研究Mo元素对不同状态下合金微观组织和力学性能的影响规律。主要研究内容如下:(1)基于Pandat软件计算合金的相图及相分数图,提出合金成分设计准则。研究发现,Mo元素在Cu基体中固溶度极低,故应在高温长时间保温条件下进行熔炼。Ni与Mo在低温区(低于250℃)才会形成金属间化合物,合金经固溶时效处理并未生成NiMo金属间化合物。通过对Cu-15Ni-8Sn-x Mo合金进行相场模拟,结果证实,Mo易于富集在Cu的固液界面前沿,对合金的凝固产生减缓作用,并能够改善Sn元素在凝固过程中的偏析问题。(2)对于Cu-15Ni-8Sn-x Mo合金的铸态组织,Mo元素主要以两种形式存在。当Mo元素的添加量为0.3 wt.%时,Mo元素以固溶原子的形式存在于基体中;当合金中Mo元素的含量为0.6-1.5 wt.%时,Mo元素产生偏聚现象并以第二相的形式存在于组织上。相较于其他Mo含量的合金,Cu-15Ni-8Sn合金中添加0.3 wt.%Mo元素可以显著细化晶粒和改善偏析,具有更优异的组织结构。(3)经过固溶处理(不同温度,4 h)后,Cu-15Ni-8Sn-x Mo合金并未获得单相固溶体。当合金中Mo元素含量较低(0.3 wt.%)时,Mo元素以固溶原子的形式存在于基体中;当Mo元素较高(0.9、1.5wt.%)时,组织中出现富Mo相,且周围存在许多富Ni相。特别地,当Mo元素添加量为1.5 wt.%时,经固溶处理后组织中还存在γ相和不连续析出,这是由于Mo含量较高对合金产生了固化作用,导致固溶强化效果变差。(4)在400℃时效过程中,0.3 wt.%Mo添加可以有效抑制合金不连续析出的形成,而过量的Mo元素反而会促进不连续析出的形成。通过各成分的最优工艺对比,Cu-15Ni-8Sn-0.3Mo合金经400℃时效4 h后具有最优的综合性能,维氏硬度为379 HV,抗拉强度为1242 MPa,腐蚀速率最慢,钝化膜的稳定性高。

关键词： Cu-15Ni-8Sn 不连续析出析出相力学性能

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Hf元素对Cu-20Ni-20Mn合金组织与性能的影响

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铜业工程 2023年第5期 42-54页

作者：张峻嘉吴航宇杨丰恺张雅静东北大学材料科学与工程学院辽宁沈阳110819 辽宁省轻量化用关键金属结构材料重点实验室辽宁沈阳110819

Cu-Ni-Mn合金是一类具有高强度、高弹性模量的铜合金,凭借优异的力学、耐蚀以及耐磨性能,在矿山机械、海洋工程等领域被广泛应用。本文研究了Cu-20Ni-20Mn合金的组织转变规律及时效过程中的析出行为,采用向Cu-20Ni-20Mn合金中加入Hf元... 详细信息

Cu-Ni-Mn合金是一类具有高强度、高弹性模量的铜合金,凭借优异的力学、耐蚀以及耐磨性能,在矿山机械、海洋工程等领域被广泛应用。本文研究了Cu-20Ni-20Mn合金的组织转变规律及时效过程中的析出行为,采用向Cu-20Ni-20Mn合金中加入Hf元素作为第四组元的方式,揭示了Hf元素对Cu-20Ni-20Mn合金组织与性能的影响机制。结果表明,Cu-20Ni-20Mn-x Hf合金铸态组织经固溶处理后,由树枝晶转变为等轴晶结构,并在热轧过程中发生不完全再结晶,由等轴晶转变为不完全再结晶组织,其力学性能随之逐步提高。合金在时效过程中的析出机制随温度升高而变化,在350~450℃由不连续析出向连续析出转变。Hf元素加入对Cu-20Ni-20Mn合金时效过程中的不连续析出会产生一定的抑制效果,并且在一定范围内,抑制效果随着Hf元素含量的增加逐渐提升。Cu-20Ni-20Mn合金的硬度峰值在350~450℃下能够保持在HB 320, 0.6%Hf的添加能在低温时效时提高合金的硬度,350℃时提高HB 5.1, 400℃时提高HB 8.1,而450℃时峰值硬度无明显提高。

关键词： Cu-20Ni-20Mn合金 Hf元素连续析出不连续析出再结晶

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Al微合金化对Cu-15Ni-8Sn合金时效组织与性能的影响

Al微合金化对Cu-15Ni-8Sn合金时效组织与性能的影响

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第十二届中国金属学会青年学术年会暨首届〝碳中和〞冶金青年科学家沙龙

作者：罗威彭丽军米绪军解浩峰曹祎程黄树晖中国有研集团有色金属材料制备加工国家重点实验室有研工程技术研究院有限公司有色金属研究总院华南理工大学材料科学与工程学院

通过x射线衍射、扫描电镜和高角度环形暗场扫描透射电镜研究了添加1 wt.%Al的Cu-15Ni-8Sn-1Al合金和不含Al的Cu-15Ni-8Sn合金在500℃时效过程中的性能和析出演变。结果表明:在Cu-15Ni-8Sn合金中,调幅分解后首先发生DO22有序化,随后发生... 详细信息

通过x射线衍射、扫描电镜和高角度环形暗场扫描透射电镜研究了添加1 wt.%Al的Cu-15Ni-8Sn-1Al合金和不含Al的Cu-15Ni-8Sn合金在500℃时效过程中的性能和析出演变。结果表明:在Cu-15Ni-8Sn合金中,调幅分解后首先发生DO22有序化,随后发生L12有序化,在此期间不连续析出相逐渐在晶界处形核并向晶内发展;合金硬度随有序相析出而急剧上升,达到峰值后,由于不连续析出反应开始占主导地位,硬度便迅速下降。而Cu-15Ni-8Sn-1Al合金时效过程中没有出现DO22有序相,形成了具有L12结构的Ni3(Alx, Sn1-x)金属间化合物,消耗了Ni和Sn原子,从而显著抑制了不连续析出反应,提高了长时间时效过程中的稳定性。峰值硬度下Cu-15Ni-8Sn和Cu-15Ni-8Sn-1Al合金的抗拉强度(屈服强度)分别为855 MPa (755 MPa)和936 MPa (892 MPa)。

关键词： Cu-15Ni-8Sn Al元素微合金化不连续析出

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高弹Cu-Ni-Sn合金的团簇式多组元化成分设计

高弹Cu-Ni-Sn合金的团簇式多组元化成分设计

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作者：李南军大连理工大学

学位级别：硕士

Cu-Ni-Sn合金作为环保型导电弹性铜合金,其强度较高,且具有良好的导电性能,高温稳定性,抗应力松弛性能及耐腐蚀性能,其中Cu-15Ni-8Sn合金的强度可以高达1300Mpa（与Cu-Be合金相当）,广泛用于各种电子弹性元件中。但Cu-Ni-Sn合金在铸造... 详细信息

Cu-Ni-Sn合金作为环保型导电弹性铜合金,其强度较高,且具有良好的导电性能,高温稳定性,抗应力松弛性能及耐腐蚀性能,其中Cu-15Ni-8Sn合金的强度可以高达1300Mpa（与Cu-Be合金相当）,广泛用于各种电子弹性元件中。但Cu-Ni-Sn合金在铸造过程中存在Sn偏析及后续的时效过程中容易产生不连续析出相等问题,严重影响合金的强度与加工性能。为了解决以上问题,以Co元素作为第四组元设计了系列Cu-Ni-Sn-Co四元合金,并与Cu-Ni-Sn-Zn合金研究结果进行对比。随后对理想团簇式进行了优化,并在此基础上设计了Cu-Ni-Sn-Zn-Si五元合金,系统研究了微量元素的存在状态、成分均匀性及力、电学性能的变化。最后,对设计的合金综合性能进行了评估。本文主要研究结果和结论如下:Co以置换固溶的形式存在Cu-Ni-Sn-Co合金中,随着Co含量的增加,合金的固液相线间距明显减小,且Co的加入推迟了DO3-γ相的产生,有效改善Sn元素的偏析。其中Cu80Ni15Sn4.375Co0.625合金在时效5h后的硬度超过了Cu80Ni15Sn5合金,但电导率明显下降。与Cu Ni Sn Zn合金相比,Zn以团簇固溶方式固溶于Cu基体中,具有较好的固溶强化效果、较小地影响合金导电性、较突出地高温稳定性以及长时间时效后的综合性能优势。由于Cu基体中存在Ni的固溶,同时Cu元素也存在析出相中,本文对合金中的基体相主团簇与DO22-γ′相与L12-γ′析出相主团簇进行修正,由{[Cu-Cu12]Cu3}x{[Sn-Ni12]Sn3}修正为{[Cu-CuxNi12-x]Cu3}a{[Sn-NiyCu12-y]Sn3}16-a,参考C72900(Cu78.96Ni16.65Sn4.39,at.%)合金,设计了Cu79.68Ni15.63Sn4.69合金。相比于Cu80Ni15Sn5合金,该成分更接近于牌号合金成分。在优化后的团簇模型上,选择Zn与Si同时添加,设计了系列Cu-Ni-Sn-Zn-Si五元合金。微结构分析结果表明合金中Zn与Si均呈固溶态。添加Zn,Si后,铸态及时效态合金内部Sn偏析及不连续析出相的产生得到明显的抑制。结合功函数,硬度,电导率及变温电阻测试结果表明:与三元合金相比,Zn与Si的协同作用有效地提高了合金的均匀性及稳定性,同时合金的硬度、电导率及高温稳定性得到明显提升。与牌号合金进行对比发现,由稳定固溶体团簇模型设计的Cu80Ni15Sn5与Cu79.68Ni15.63Sn4.69合金的硬度高于相同热处理条件下的C72900合金。在添加Zn、Si后,合金硬度高于相同热处理条件下的Cu-Be合金(其中Cu80-Zn0.185Si0.15合金的性能最为优异),同时也有效改善了Cu-Ni-Sn合金中偏析与不连续析出相产生的现象。

关键词： Cu-Ni-Sn合金偏析不连续析出稳定固溶体团簇模型

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Ni、Sn含量变化对Cu-Ni-Sn合金时效过程的影响

Ni、Sn含量变化对Cu-Ni-Sn合金时效过程的影响

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作者：廖跃辉江西理工大学

学位级别：硕士

Cu-Ni-Sn合金是一种典型的调幅分解强化型合金,因其具有高的强度和高的弹性,且在耐磨性、导电导热性和高温使用稳定性等多方面表现优异,被广泛应用于电子信息工业、机械制造及精密仪器仪表等领域。目前,国内外研究学者为提高Cu-Ni-Sn合... 详细信息

Cu-Ni-Sn合金是一种典型的调幅分解强化型合金,因其具有高的强度和高的弹性,且在耐磨性、导电导热性和高温使用稳定性等多方面表现优异,被广泛应用于电子信息工业、机械制造及精密仪器仪表等领域。目前,国内外研究学者为提高Cu-Ni-Sn合金性能和明晰其相变过程及相变机理作了大量的试验研究,但少有学者在Ni/Sn含量变化对Cu-Ni-Sn合金时效过程的热力学与动力学的影响方面作深入探究。基于上述存在的问题,本论文通过单一改变Ni或Sn元素含量,研究了Cu-xNi-6Sn(x=7.5,12.5,15wt.%)合金和Cu-9Ni-xSn(x=3,4,6wt.%)合金时效态的微观组织演变和力学性能的变化。根据时效态合金的组织性能,利用先进的检测手段着重对时效过程中的调幅组织粗化过程和不连续析出过程进行了表征,随后进行计算并作分析,同时将调幅组织粗化过程和不连续析出过程结合讨论。通过透射电镜及X射线衍射分析等研究了Ni或Sn含量变化对Cu-Ni-Sn合金的调幅组织粗化过程的影响。在400℃时效前期,Cu-12.5Ni-6Sn和Cu-9Ni-6Sn合金的硬度分别比Cu-15Ni-6Sn和Cu-9Ni-4Sn合金增加更快。调幅组织粗化动力学计算结果表明:单一改变Ni含量时,Cu-12.5Ni-6Sn合金的调幅组织粗化激活能(94.8 KJ/mol)小于Cu-15Ni-6Sn合金的激活能(134.7 KJ/mol),即Cu-12.5Ni-6Sn合金的粗化过程比Cu-15Ni-6Sn合金更易进行;单一改变Sn含量时,Cu-9Ni-6Sn合金的调幅组织粗化激活能(66.2 KJ/mol)小于Cu-9Ni-4Sn合金的激活能(79.4 KJ/mol),即Cu-9Ni-6Sn合金的粗化过程比Cu-9Ni-4Sn合金更易进行。因此,Ni含量越高,Cu-(12.5,15)Ni-6Sn合金调幅组织粗化过程越难进行;Sn含量越高,Cu-9Ni-(4,6)Sn合金调幅组织粗化过程越容易进行。针对Ni/Sn含量变化对Cu-Ni-Sn合金不连续析出过程的影响进行了研究并分析。不连续析出过程的微观组织观察结果表明:Ni或Sn元素含量不变时,不连续析出层间距随时效温度升高而增大;在相同时效条件下,层间距随Ni含量增加而减小,随Sn含量增加也减小。对不连续析出过程的热力学与动力学进行了计算,可得热力学与动力学共同作用的结果为:Ni含量越高时Cu-xNi-6Sn合金不连续析出过程中原子在晶界处扩散越困难,Sn含量越高时Cu-9Ni-xSn合金不连续析出过程中原子在晶界处扩散越容易。讨论并分析了Cu-Ni-Sn合金时效时的相变过程。计算结果表明:Cu-12.5Ni-6Sn和Cu-9Ni-6Sn合金调幅组织共格关系消失时晶界处调幅组织的界面能和弹性应变能之和分别比Cu-15Ni-6Sn和Cu-9Ni-4Sn合金的界面能和弹性应变能之和更大,即Cu-12.5Ni-6Sn和Cu-9Ni-6Sn合金时效时不连续析出的驱动力也就更大,这与不连续析出过程的热力学计算结果是一致的。结合前述可知,在400℃时效时,Cu-12.5Ni-6Sn和Cu-9Ni-6Sn合金的组织中的不连续析出形貌分别比Cu-15Ni-6Sn和Cu-9Ni-4Sn合金先出现。

关键词： Cu-Ni-Sn合金调幅组织粗化不连续析出 Ni含量 Sn含量

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基于稳定固溶体团簇模型设计的Cu-Ni-Sn-Si(Zn)合金

基于稳定固溶体团簇模型设计的Cu-Ni-Sn-Si(Zn)合金

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作者：于庆潇大连理工大学

学位级别：硕士

导电弹性Cu合金是制造高端仪器仪表以及电子元件时不可或缺的材料,Cu-Be合金作为其中最典型的代表可满足大部分使用条件的要求,但随着科学技术发展对此类材料性能要求的不断提高以及人们环保意识的日益提升,Cu-Be合金高温下抗应力松弛... 详细信息

导电弹性Cu合金是制造高端仪器仪表以及电子元件时不可或缺的材料,Cu-Be合金作为其中最典型的代表可满足大部分使用条件的要求,但随着科学技术发展对此类材料性能要求的不断提高以及人们环保意识的日益提升,Cu-Be合金高温下抗应力松弛性能差、高温导电稳定性低、时效后元件变形量大、生产时会产生有毒粉尘等缺点也逐渐显露。因此开发其他体系的导电弹性合金材料日益迫切,Cu-Ni-Sn合金作为一种性能优异且环保的导电弹性材料逐渐受到了关注,特别是Cu-15Ni-8Sn合金强度可达1300MPa同时还具有优良的耐蚀耐磨性能。但由于Cu-15Ni-8Sn合金中Sn含量较高,在制备时极易发生偏析,时效时也容易产生不连续析出相,严重的影响了合金的性能。为了解决Cu-15Ni-8Sn合金的偏析以及不连续沉淀的问题,本研究从成分设计的角度入手,以稳定固溶体团簇模型为指导,对合金的成分进行了优化设计。首先解析了Cu-15Ni-8Sn合金中主要相的主团簇,并以DO22型γ'相主团簇和Cu基体主团簇分别作为合金团簇式中的两部分,设计出了团簇式为{[Cu-Cu12]Cu3}4{[Sn-Ni12]Sn3}的三元合金。然后通过考察各元素与Cu组成的二元体系的固液相线间距大小以及其与Cu、Ni、Sn各元素之间相互作用的强弱,选择了Si和Zn作为第四组元,在三元合金团簇式的基础上设计出了Cu80Ni15Sn5-xSix（x=0,0.625,1.25,1.875,2.5 at.%）和Cu80Ni15Sn5-xZnx（x=0,0.1875,0.375,0.625,1.25,1.875,2.5 at.%）两个系列的四元合金。按照设计成分制备合金,并对合金的微观组织结构、固液相线间距以及硬度、电导率、高温导电稳定性等性能进行分析测试,实验结果表明:基于团簇模型设计的Cu80Ni15Sn5合金硬度和电导率均高于同等处理条件下的Cu-Ni-Sn牌号合金,体现了以团簇模型为指导的成分设计方法的优越性。四元Cu80Ni15Sn4.375Si0.625合金性能也基本与C72900合金相当,当添加的Si在合金中处于固溶状态时,合金没有牺牲太多的电导率、硬度等性能,而显著的抑制了偏析的形成,时效时也无不连续析出相产生,同时其还具有较好的高温稳定性。较低Zn含量的Cu80Ni15Sn4.8125Zn0.1875合金,硬度已经远超C72900合金甚至超过了Cu-Be合金。Zn对合金的偏析状况以及时效组织的改善作用不如Si显著,但少量添加Zn可以有效地提高合金的硬度,电导率也保持较好的水平。本研究的工作通过各种手段分析了两种添加元素对合金的影响,并给出了两种元素合理添加量的具体指征,对后续开展多组元合金的设计和研究工作提供了实验依据和理论指导。

关键词： Cu-Ni-Sn合金偏析不连续析出稳定固溶体团簇模型

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