磁場作用下Cu-Fe復(fù)合導(dǎo)線的組織調(diào)控及性能研究.pdf

1、高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金具有優(yōu)良的綜合物理性能和力學(xué)性能，是現(xiàn)代電子信息、電力、能源、機(jī)械等產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵功能材料。在高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金中，Cu-Fe復(fù)合材料以其優(yōu)異的性能和低廉的成本，受到研究者的廣泛關(guān)注。本論文在國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（863計(jì)劃，No.2007AA03Z519）、東北大學(xué)基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(No.100609004)和博士學(xué)位論文資助課題的資助下，針對控制凝固組織和熱處理這兩種有效調(diào)控Cu-Fe復(fù)合材料綜合性能的方法，分別施

2、加電磁攪拌和強(qiáng)磁場這兩種外加磁場，來研究電磁攪拌對Cu-Fe合金凝固組織及其形變后顯微組織和性能的影響。又研究了強(qiáng)磁場退火熱處理對Cu-Fe復(fù)合導(dǎo)線顯微組織和性能的影響。并從Cu-Fe復(fù)合導(dǎo)線復(fù)雜的相變中選取α-Fe顆粒相生長和析出過程，深入研究了強(qiáng)磁場對這兩種基本固態(tài)相變的影響規(guī)律。
　　電磁攪拌對Cu-Fe合金凝固組織影響的研究表明，F(xiàn)e元素本身對Cu合金具有很好的細(xì)化晶粒作用，且此細(xì)化作用與Fe元素的含量有關(guān)。電磁攪拌可以進(jìn)

3、一步細(xì)化低Fe成分的Cu-Fe合金晶粒，對高Fe成分Cu-Fe合金晶粒的細(xì)化作用有限。電磁攪拌可以有效破碎Fe枝晶，細(xì)化Fe枝晶臂的尺寸和間距。但是，當(dāng)攪拌電流超過100A時，劇烈的攪拌強(qiáng)度造成大量的Fe偏聚在鑄錠表面，因此合理的電磁攪拌電流為100A。
　　根據(jù)顯微組織的遺傳性，電磁攪拌可以通過細(xì)化Cu-Fe合金的凝固組織，來間接細(xì)化形變后Cu-Fe合金或復(fù)合材料的顯微組織。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電磁攪拌作用下制備的Cu-2％Fe合金在

4、形變過程中保持著較小的晶粒尺寸;電磁攪拌制備的Cu-6％Fe(原配比8％Fe)合金在形變后，復(fù)合材料的纖維間距、厚度和寬度也得到細(xì)化。隨著Fe含量的增加，F(xiàn)e纖維的數(shù)量隨之增加，間距減小。
　　電磁攪拌制備的形變Cu-2％Fe合金和Cu-6％Fe復(fù)合導(dǎo)線具有更高的強(qiáng)度。隨著Fe含量的增加，復(fù)合導(dǎo)線的強(qiáng)度也隨之顯著增加。電磁攪拌對形變Cu-Fe合金或復(fù)合材料的導(dǎo)電率的影響不顯著。在合適的電磁攪拌強(qiáng)度下，可以制備出高質(zhì)量的Cu-Fe合

5、金，并顯著提高形變后Cu-Fe合金或復(fù)合導(dǎo)線的綜合性能。
　　強(qiáng)磁場退火處理研究表明，Cu-12.8％Fe復(fù)合導(dǎo)線在450℃強(qiáng)磁場退火時，隨著時間的延長Fe纖維的間距和形貌沒有顯著的變化，強(qiáng)磁場對Fe纖維間距、形貌和Fe固溶度的影響不顯著。在700℃強(qiáng)磁場退火時，隨著退火時間的延長Fe纖維出現(xiàn)嚴(yán)重的熱失穩(wěn)，施加強(qiáng)磁場可增大Fe纖維的間距、加速纖維的熱失穩(wěn)過程、促進(jìn)Fe顆粒的重溶。在450℃退火時，Cu-12.8％Fe復(fù)合導(dǎo)線的導(dǎo)電

6、率逐漸增加，抗拉強(qiáng)度則隨著退火時間逐漸降低;強(qiáng)磁場對450℃退火時的導(dǎo)電率和強(qiáng)度的影響不顯著。在450℃這一較佳溫度下進(jìn)行熱處理時，強(qiáng)磁場對Cu-Fe復(fù)合導(dǎo)線的顯微組織、力學(xué)性能和導(dǎo)電率的影響不顯著。在700℃退火時，復(fù)合導(dǎo)線的導(dǎo)電率和強(qiáng)度都隨著退火時間增加而逐漸降低，施加強(qiáng)磁場降低了復(fù)合導(dǎo)線的導(dǎo)電率和強(qiáng)度。
　　Fe纖維的熱失穩(wěn)研究表明，對于大形變量的Fe纖維，由于其在橫截面上具有很大的寬厚比w/t和較大的晶界能和界面能的比值γ

7、B/γS，縱向晶界開裂是最主要的熱失穩(wěn)方式?？v向晶界開裂使帶狀的Fe纖維逐步轉(zhuǎn)變成一系列圓柱狀的Fe纖維。隨后，圓柱狀Fe纖維將同時進(jìn)行斷裂、生長和粗化等熱失穩(wěn)過程。圓柱狀Fe纖維斷裂的時間可以用Rayleigh擾動來擬合。受生長過程的影響，700℃退火時，圓柱狀Fe纖維半徑的長大速率明顯大于Ostwald熟化理論的計(jì)算值。
　　Cu-Fe復(fù)合材料導(dǎo)電機(jī)制的研究表明，在假設(shè)聲子和位錯散射對Cu基體電阻率的貢獻(xiàn)為定值的前提下，雜質(zhì)散

8、射電阻率ρimp為Cu-Fe復(fù)合材料主要的影響因素。退火溫度低于500℃時，纖維間距的增加和單位體積內(nèi)相界面的減少導(dǎo)致電阻率的緩慢降低。溫度高于500℃時，Cu基體內(nèi)Fe固溶度的快速增加直接導(dǎo)致復(fù)合材料電阻率的上升。
　　強(qiáng)磁場作用下α-Fe顆粒生長過程的研究表明，α-Fe顆粒相和Cu基體的取向關(guān)系為典型的K-S關(guān)系，即(111)f/(101)b，[101]f//[111]b，[121]f//[121]b。α-Fe顆粒生長后呈板條

9、狀，其生長方向與密排方向[101]f//[111]b的夾角在8～9°之間，并可以用不變線應(yīng)變模型來計(jì)算。強(qiáng)磁場不改變α-Fe與Cu基體的取向關(guān)系、慣習(xí)面和生長方向等晶體學(xué)特征。當(dāng)強(qiáng)磁場的方向近似平行于α-Fe顆粒的長軸方向（或生長方向）時，可以促進(jìn)α-Fe顆粒的生長;當(dāng)磁場方向近似垂直于生長方向時，對其生長沒有影響。
　　強(qiáng)磁場作用下過飽和Cu-2％Fe合金時效過程的研究表明，450℃時效處理后，F(xiàn)e元素以極其細(xì)小的共格γ-Fe顆