纖維相增強Cu-Ag合金的顯微組織及力學和電學性能.pdf

1、由于纖維相復合強化Cu-Ag合金具有高強度和高電導率的優(yōu)良性能，因而在強磁場磁體線圈等對導體材料性能要求苛刻的領域具有廣泛應用前景。國際上目前針對這種合金的加工工藝、合金化規(guī)律、顯微組織演變、力學性能與電學性能變化、纖維強化相形成過程、納米效應的影響以及強化和電傳導模型等各方面展開了廣泛的研究。 本文在緊密跟蹤國際研究進展的基礎上，采用強拉拔應變和中間熱處理工藝，制備了雙相纖維復合強化的Cu-Ag合金，對不同Ag含量合金中纖維相

2、的形成規(guī)律和特點進行了研究，測定了顯微組織演變過程中材料力學和電學性能，建立了纖維化過程與材料宏觀性能之間的關系，探討了納米效應形成條件和作用機制，建立了相關分析模型。另外，通過添加Cr及稀土元素等第三組元，研究了微合金化對顯微組織纖維化過程中的作用，同時探討了不同熱處理條件對纖維組織和材料性能的影響規(guī)律。本文研究所得主要結論如下： 在冷拉拔及中間熱處理過程中，Ag含量較高的合金中網狀共晶組織逐漸形成緊密排列的纖維束形態(tài)，中等A

3、g含量合金中逐漸形成共晶體纖維束及次生Ag纖維，Ag含量較低的合金中形成包含少量共晶纖維和大量次生Ag纖維的纖維束結構。 共晶體纖維束內部缺陷以亞晶界為主，隨應變程度的增加亞晶界轉變?yōu)樾〗蔷Ы缟踔链蠼蔷Ы?。強烈應變條件下兩相纖維輕微轉動或晶界局部扭曲。Cu基體晶粒內部包含位錯胞結構，胞壁隨應變的增加或晶粒尺寸的減小逐漸轉變?yōu)閬喚Ы?。纖維晶粒中位錯密度隨晶粒直徑的減小而降低，并在一定應變條件下形成形變孿晶結構。Cu基體中次生Ag纖

4、維一般位于位錯胞壁或亞晶界上，在變形程度較大時通過界面錯配位錯調節(jié)與基體的應變差異。在強烈應變階段，Cu基體與共晶纖維之間的界面結構由于晶粒間沿界面的相互滑動而發(fā)生改變，形成界面錯動或微晶過渡層等結構。 共晶纖維束結構可使合金在變形過程中保持較高應變強化率并維持較高電導率水平，在強烈應變條件下具有納米尺度的共晶纖維束結構可進一步提高合金強度并明顯降低電導率。合金中大量存在的次生Ag纖維在中低應變階段也可顯著提高合金應變強化率并降

5、低電導率，但在強烈應變階段對強度和電導率的影響減弱。 具有纖維結構的合金在一定變形程度范圍內或當纖維束間距大于一定尺度時，抗拉強度隨相界或晶界間距的變化類似于Hall-Petch關系，強化效應與位錯塞積機制有關；當變形超過一定程度或纖維束間距小于一定尺度時，合金應變強化率降低并偏離Hall-Pecth關系，由于晶粒內部位錯密度降低，塑性變形機制由位錯滑移為主轉變?yōu)榫Ы缁瑒訛橹?，強化效應與界面障礙機制及相界或晶界結合力有關。

6、 Cu-Ag合金在應變過程中電阻率的增加主要由合金內部大量界面結構對電子的散射作用引起。根據界面散射模型建立的電阻率與應變量之間的定量關系，可反映拉拔變形引起的組織纖維化過程對合金導電性能的影響規(guī)律。次生Ag纖維對電子散射作用使合金電阻率在一定變形范圍內顯著增加。界面彈性散射因子隨Ag含量增加或合金內部相界面比例增大而降低，導致合金相對電導率隨應變增加而下降速率增大。 在Cu-6％Ag中添加1％Cr可增加合金共晶體體積分數并減

7、少次生Ag相。Cr元素的固溶強化效應能夠顯著提高合金強度，當合金達到一定變形程度后，Cr元素的應變強化效應減弱。固溶Cr原子對電子的散射作用使合金相對電導率顯著降低，并由于改變纖維組織形態(tài)分布及對界面彈性散射因子使合金相對電導率在應變過程中下降趨勢更加明顯。添加0.1％的混合稀土元素可在一定程度上增加合金共晶體數量并細化組織，改善合金的硬度，并在大變形范圍內，對導電性能略有改善作用。同時在低Ag含量合金中添加Cr及稀土元素可以使合金強度