Cu-Ni-Zn-Al系新型高強導電彈性銅合金組織、性能及相關基礎研究.pdf

1、本文成功設計和制備了一種新型高強導電彈性Cu-Ni—Zn-XAl(X=1.2、1.6、2.0和2.4wt.％)合金，并采用硬度和電導率測試方法、室溫拉伸試驗、X射線衍射分析技術(XRD)、金相技術(OM)、掃描和透射電子顯微分析方法(SEM、TEM)、能譜分析技術等材料物理研究方法，以及交流阻抗技術(EIS)等電化學研究方法系統(tǒng)研究了合金的組織和性能及其與Al含量的關系，確定了合金強化機理以及合金元素Al對合金性能的影響規(guī)律及機理，得到

2、以下結論：
　　 1、在Cu-Ni-Zn三元合金基礎上添加Al形成的Cu-Ni-Zn-Al合金為一種新型的時效析出強化型合金；Al含量對Cu-Ni-Zn-Al合金性能和組織的影響很大：隨著Al含量的增加，合金硬度逐漸增大，均勻化及固溶處理所需溫度逐漸升高。
　　 2、Cu-Ni-Zn-Al合金具有很強的時效析出強化效應，固溶處理后合適的時效工藝為：500℃時效8～16h。在此工藝條件下，合金因時效硬化產生的硬度增值達12

3、8～135Hv，電導率增值為3～7％IACS。在時效過程中，隨著Al含量的增加，合金硬度和電導率明顯增大。
　　 3、Cu-Ni—Zn-Al合金析出相結構和組成與Al含量有關：Al含量較低(1.2wt.％)時，析出相為L12有序立方Cu3Au結構的γ'相，該相對合金起主要強化作用，其化學組成為含Cu和Zn的Ni3Al，與α固溶體基體具有一定的位向關系：[011]p//[011]m，(100)p//(200)m；而Al含量較高(1

4、.6～2.4 wt.％)時，在時效初期，溶質原子以γ’相的形式脫溶析出；隨著時效時間的延長，溶質原子又同時以B2結構的β相形式脫溶析出，β相的化學組成為含有Cu和Zn原子的NiAl，化學式可寫成(NixZn1-x)(AlyCu1-y)；隨著Al含量的增加，β相脫溶析出孕育期逐漸縮短，體積分數(shù)明顯增加。
　　 4、采用X射線衍射分析方法研究了Cu-Ni-Zn-Al合金固溶-時效初期強化相粒子的析出過程，并解釋了強化相對合金的強化作

5、用機理：強化相粒子的共格析出，引起固溶體基體晶格嚴重畸變，畸變程度隨著時效時間的延長而逐漸加重；在共格析出相粒子和基體晶格畸變的共同作用下，合金硬度大幅度增大，產生劇烈的時效析出強化效應。
　　 5、在固溶-時效過程中，Cu-Ni-Zn-Al合金中析出相的分布特征與Al含量有關：Al含量為1.2 wt.％時，析出相組織為典型的連續(xù)脫溶組織；隨著Al含量的增加，不連續(xù)脫溶組織逐漸出現(xiàn)，且其出現(xiàn)的時間逐漸縮短，體積分數(shù)逐漸增大。

6、r>　　 6、時效前進行變形量為80％的冷軋變形可以大幅度提高合金的硬度，加快合金時效硬化和提高電導率的進程，且Al含量越高，這種影響越明顯。冷軋80％處理后，Cu—Ni-Zn-Al合金合適的時效溫度為450℃，時效時間為0.5～8h。在此工藝條件下，合金的力學性能、電導率等綜合性能高：抗拉強度σb=901～1155 MPa，屈服強度σ0.2=844～1125MPa，延伸率δ=1.1～4.0％，電導率EC=9～15％IACS，彈性模量

7、E=130～134 GPa。其力學性能達到或超過相同處理工藝下Cu-Ti、Cu-Ni-Sn和Cu-Be合金性能的水平，是一種很具潛力的新型高強導電彈性銅合金材料。
　　 7、在冷軋-時效過程中，Cu-Ni-Zn-Al合金的時效析出與再結晶之間存在明顯的交互作用：析出相粒子的析出嚴重滯后了合金變形組織的再結晶過程，大幅度提高了合金的再結晶溫度，有效地抑制了晶界的不連續(xù)析出行為。
　　 8、采用電阻率法對Cu-Ni-Zn-A

8、l合金的時效析出動力學進行分析，并得出相應的時效動力學方程，其反映的時效動力學理論曲線與實驗曲線基本吻合，較好地詮釋了研究合金在固溶-時效、固溶-冷軋-時效時的時效析出動力學過程。
　　 9、Cu-Ni-Zn-Al合金具有良好的耐腐蝕性能，其耐蝕性比未添加Al的Cu-Ni—Zn三元合金有較為明顯的提高。在3.5wt.％NaCl腐蝕介質中，經長時間的浸泡腐蝕后，合金表面的腐蝕產物均主要由外表面的(Cu，Ni，Zn)2Cl(OH)3