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Cu-24%Ag合金板材微观组织与织构演变规律及其对性能的影响高强磁场等诸多领域对导电材料的强度和导电性要求越来越高,原位复合方法制备的Cu-Ag合金具有优良的强度和导电性匹配关系。
通过拉拔变形制备的Cu-Ag合金线材已有大量的研究,但关于Cu-Ag合金板材的研究很少。
本文通过冷轧和时效工艺制备大变形的Cu-24%Ag合金板材,系统地研究了冷轧和时效过程中微观组织结构和性能的演变规律,探讨了合金力学性能和导电性与组织变化之间的关系,同时研究了冷轧和时效对合金板材各向异性与取向分布规律的影响。
经过剧烈冷轧变形,Cu-24%Ag合金组织逐渐演变为致密的双相层状复合结构。
组织主要包括层状Cu基体、层状Ag相、(Cu+Ag)共晶体和Cu基体内的Ag 析出相纤维。
冷轧过程中合金纵截面组织逐渐发生弯曲并产生剪切带。
Cu基体和Ag相中均出现纳米尺度的孪晶,变形量增大,孪晶数量增多,宽度减小。
冷轧后低于250℃时效时,Cu-24%Ag合金主要发生回复过程,组织没有明显变化,与冷轧态相比,力学性能变化较小。
高于300℃时效时,合金组织中出现再结晶和局部球化,温度升高,再结晶和球化区域增多,再结晶晶粒和球化颗粒增大,层状组织逐渐遭到破坏,力学性能显著下降。
时效过程中Cu基体中会有纳米尺寸的Ag相析出,并与基体保持共格关系,从而产生时效强化作用提高合金的力学性能,并降低固溶原子散射改善导电性。
经过三次时效工艺冷轧变形为98.9%的合金板材强度达到1043 MPa,电导率达到75%~80%IACS;一次中间时效工艺冷轧变形为98%的合金板材强度高于900 MPa,电导率大于80%IACS;一次中间时效工艺冷轧变形98%的合金板材进行250℃×0.5 h的最终热处理,强度达到850 MPa,电导率达到90%IACS。
冷轧变形不断细化合金组织,减小相界面间距,变形99%时,Cu基体和Ag层的平均厚度分别减小至96 nm和38 nm左右,共晶体片层厚度至10 nm以下,Ag片状纤维的厚度减小至1.5 nm左右。
Cu对原位合成A12O3Mo5Si3复合材料组织与性能
的影响的开题报告
1.研究背景
复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的一种新型材料，具
有很好的综合性能，在航空航天、交通运输、能源和环保等领域有广泛
的应用。
其中，高温合金复合材料逐渐成为研究的热点，具有优异的高
温抗氧化、耐腐蚀性能和高的强度、刚度和韧性等特点。
2.研究目的
本项目旨在研究Cu对A12O3Mo5Si3复合材料组织与性能的影响，
探究Cu掺杂对复合材料高温力学性能的影响规律，寻求制备高性能高温合金复合材料的新方法。
3.研究内容
本项目将采用原位反应合成的方法，先将Mo、Si和Al粉末混合均
匀后，在高温下进行反应，在氧化性气氛中生成A12O3Mo5Si3陶瓷颗粒。
然后将Cu添加到反应前混合的粉末中，通过原位反应合成
A12O3Mo5Si3/Cu复合材料，并对其进行组织与性能的测试和研究。
具体研究内容包括：
（1）使用X射线衍射和扫描电镜等技术研究不同Cu含量对
A12O3Mo5Si3复合材料组织结构、物相组成和形貌的影响。
（2）测定A12O3Mo5Si3/Cu复合材料的力学性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，分析Cu含量的影响规律。
（3）探究A12O3Mo5Si3/Cu复合材料的加工工艺和工业应用前景。
4.研究意义
本项目对于深入了解高温合金复合材料的组织与性能、探索制备高性能高温合金复合材料的新方法具有重要的意义。
同时，该研究对于提高高温合金复合材料的高温力学性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，推动材料领域的科研进步和技术创新具有重要的现实意义。
Al-4.5Cu复合材料组织与力学性能的影响V o1.27NO.6Jun.2006铸造技术FoUNDRYTECHN0I0GY原位反应温度对TiC/AI一4.5Cu复合材料组织与力学性能的影响梁艳峰,一,周敬恩,董晟全,杨通(1.西安交通大学金属强度国家重点实验室,材料学院,陕西西安710049;2.西安工业学院材料与化工学院,陕西西安710032)摘要:通过预制块在铸造Al一4.5Cu合金熔体中的自蔓延反应来制备TiCp/A1—4.5Cu复合材料,考察原位反应温度对该复合材料组织与力学性能的影响.结果表明.原位反应温度为950℃时所制备的复合材料力学性能较优;TiC颗粒呈小圆片状,与基体结合良好,无其他有害相生成.原位反应温度为900℃和1000℃时所制备的复合材料组织中都有产生针状AlTi的倾向.关键词:原位反应温度;TiC颗粒;针状AlTi中圈分类号:TG146文献标识码:A文章编号:1000—8365(2006)06-0621—04 Effectofln.situReactionTemperatureontheStructureand MechanicalPropertiesofTiC/AI一4.5CuCompositeLIANGY an-feng'～,ZHOUJing-en,DONGSheng-quan,Y ANGTong2(1.StateKeyLaboratoryforMechanicalBehaviorofMaterials,SchoolofMaterialsEngineer ing,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049,China;2.SchoolofMaterials&ChemicalEngineering,Xi'an InstituteofTechnology.Xi'an710032.China)Abstract:In—situcompositesofTiC/AI一 4.5Cuwerefabricatedviaself—propagatingreactionofapreparedblockinmoltencastAI-4.5CUalloy.Theeffectofin-situreactiontemperatureonthe structureandmechanicaIpropertiesofTiC/AI.4.50Uwasstudied.Theresultsshowedthatwh enthein—situreactiontemperatureiSheldat950℃,themechanicaIpropertiesofthecompositeare improved;TiCparticleshavesmall.thinandroundplateshapedisperseduniformelyinthemat rixof(x—AI:therearenootherharmfuIphasesformed.Whenthein—situreactiontemperatureiS900℃or1000℃,rod.1ikeA13Tiareformedinthestructureofthecomposites.Keywords:In—situreactiontemperature;TiCparticles;Rod-likeAI3TiTiC颗粒具有优异的综合性能,可以作为一种理想的第二相增强体[】].目前原位生成TiC颗粒增强金属基复合材料已成为复合材料领域中的一个新家族,日益受到广泛重视.虽然已制备出的原位TiC颗粒增强金属基复合材料在综合力学性能方面明显优于其他自生颗粒的金属基复合材料,但到目前为止,由于自生TiC颗粒金属基复合材料存在制备工艺复杂,TiC颗粒不易生成等一系列问题,而一直没有得到广泛推广[2].原位TiC颗粒的生成与制备工艺条件有收稿日期:2006—01—24:修订日期:2006—03—14基金项目:陕西省教育厅专项科研计划资助项且(O5JK233)作者简介:梁艳峰(1979一),女.河南南阳人.博士生.主要从事铝基复合材料的研究.Email:********************[~密切的关系.特别是原位反应温度,无论是从化学反应能否进行的热力学条件还是动力学条件上,对增强相的生成和有害相的消除都起着重要作用.近几十年来,人们从理论和实验上对TiC的制备工艺进行了大量的研究工作,但得到的结论却不尽一致[3].文献E3]将XD法与铸造法相结合,制备了TiC/AI基复合材料,认为当预制块的加入温度高于900℃,就可避免脆性相AI.Ti和AIC.的生成.文献E5]的研究则表明在950℃以下,只要Ti与C的原子比为1:1,AI.Ti总是存在.而文献[4]用钛盐和活性碳制备了TiC/AI-4.5Cu复合材料,并认为原位反应的温度必须高于1000℃,才能避免有害相的生成,仅有TiC一种增强相.本文选择以高强度铸造铝铜合金的基础组元Al—622F0UNDRYTECHN0L0GYV01.27NO.6Jun.20064.5Cu为基体合金,通过Al—Ti—C粉末预制块的自蔓延反应来制备TiC/Al一4.5Cu原位复合材料,考察不同的原位反应温度对TiC/AI-4.5Cu复合材料力学性能与组织的影响,从而为原位TiC颗粒增强金属基复合材料制备工艺的优化和应用奠定实验基础.1实验方法1.1预制块的制备将纯Ti粉,石墨粉(严格控制Ti粉与C粉的摩尔比为1:1)和一定量的纯铝粉混合均匀,加入定量的粘结剂再搅拌均匀后,放入圆柱形模具中,进行压块.1.2Tic/Al一4.5Cu原位复合材料的制备将纯铝及配好的铸造Al一4.5Cu合金分别加入SG一10型坩埚电阻炉(5kW)中加热熔化并升温至900～1000℃,然后分别在900℃,950℃,1000℃三个温度加入已制备好的预制块,用自制的石墨钟罩将其压入铝铜合金液中,反应温度保温10min,使预制块反应完毕.接着用石墨棒充分搅拌熔体,使生成颗粒充分熔入铝铜合金液中.当熔体温度降至750℃, 加入CCl精炼除气,保温10min后扒渣,当熔体温度降到720℃时浇入预热后的金属模具中成型.再将试棒在535℃固溶9h,175℃时效5h.1.3力学性能测试和组织观察在WE—10A型万能材料试验机上测试复合材料试样的抗拉强度和伸长率;将试样磨平抛光,用0.5 HF腐蚀后,在Neophot-30型光学显微镜上观察金相组织;制取薄片试样在JEM-200CX型透射电子显微镜下观察增强相的形貌和衍射斑点.2实验结果及其分析2.1TiC形成的热力学理论计算通常,化学反应在任一温度下的吉布斯自由能表达式为[7]:AG一,ac/,㈣+-『.∑C+-『.Tsv~CpdT式中△..——该化学反应在标准状态下的反应吉布斯自由能的变化;C——等压比热容;——反应物质的化学计量数;T——绝对温度.等压比热容与温度的关系式为:Cp一口+b?10一.T+c?107"-+d?10一T2将预制块加入高温的Al一4.5Cu合金熔体中,根据文献E8]中相关物质的热力学参数,可能的化学反应及其热力学理论计算结果列于表1.裹I吉布斯自由能计算Tab.1Gibbsfreeenergycalculationofthepossiblechemicalreactions 从表1可以看出,在实验所选的900,950,1000℃三个温度下,Ti和C反应生成TiC的自由能最低,也就是说熔体中TiC的形成能力最强.因此Al—Ti—C预制块粉末体系在铸造AI-4.5Cu高温熔体中(900～1000℃)可以发生原位反应生成TiC.2.2原住反应温度对TiC/一4.5Cu拉伸性能的影响图1是分别在900,950,1000℃时加入预制块进行原位反应,测得的复合材料拉伸性能.预制块中Ti粉与C粉的摩尔比保持1:1不变,Ti粉与C粉的质量之和与Al粉的质量比例分别为1:1,1:0.2和1:3.对比图1(a)与(b)可以看出,无论预制块中Al粉与(Ti+C)粉的质量比如何变化,随着原位反应温度从900℃升至1000℃,三条折线均表现出先上升后降低的趋势.原位反应温度为950℃时,三条折线分别出现最大值;AI粉与(Ti+C)粉的质量比为0.2:1时,抗拉强度达到368MPa,伸长率为7,分别比基体提高了36.8和125.8%.图1(b)中,当温度由900℃升至1000℃,AI:(Ti+C)t-比一3:1的试样伸长率变化不大.而Al:(Ti+C)t-比一1:1的试样和AI:(Ti+C)t-比=0.2:1.0的试样伸长率却有大幅度地提高或降低,说明原位反应温度对采用这两种配比的预制块制得材料的延伸率有较大的影响.2.3原位反应温度对TiC/Al一4.5Cu组织的影响由2.2的分析得出,在实验所选的3个温度中,原位反应温度为950℃时,试样的拉伸性能较优.尤其是将Al粉与(Ti+C)粉的质量比控制在0.2:1.0时,试样的拉伸性能最优.下面对AI:(Ti+C)一0.2:1.0的预制块分别在900,950,1000℃三个温度下加入到铸造AI-4.5Cu合金熔体中,制得的复合材料的微观组织进行分析.图2为原位反应温度950℃时制得的复合材料的TEM照片.由图2(a),(b)可以看出,原位反应生成铸造技术)0612006粱艳嶂等:碌位反应温度对TIC/AI—1.5Cu蔓台材料组织与力学性能的影响—卜AI.fTI+C】=t十AI:门l+C)=3+A1:fTltCI=02:10+件台金a)暗场b1叫场c)Tic颗垃形貌衍射斑点fc)花样标定图2原位复合材料的微观组织].T一950℃Fig.2Micmscructure0fthelresilucomposite】,T=950℃的增强相颗粒弥散分布在Al基体中,呈小圆片状,颗粒平均尺寸0.15m高倍放大时(图2(c)),可看到TiC颗粒表面光洁.与基体结台良好,界面无污染.要判断原位反应生成的增强相粒子是什么相.还必须通过对这些颗粒的衍射花样进行标定,与标准PDF卡片进行对比,才能最终判定.小圆片状颗粒产生的衍射花样见图2(d),花样标定见图2(e),从而可以确定出原位反应生成的增强相颗粒为TiC.图3和图4分别是原位反应温度为900℃和1000℃时制得的复台材料的微观组毫疑照片.图3中仅有大量的针状A1TI粒子.没有圆片状TiC颗粒.说明在900℃时,虽然也可以发生原位反应.但没有TiC增强相的生成.图4中分布有小圆片状的TiC颗粒,但仍有少量针状A1aTi.针状A】Ti的存在会割裂基,纛FOUNDRYTECHNOI()GYV o1.27No.6Jtin.2006体的连续性.严重影响复合材料的力学性能,因此原位反应温度为900℃年1:】1000℃时制得的复合材料力学性能较差～',..J一:25m圜3原位复古材料的微观组织2.T;9()0℃Fig.3MicrostruetureoftheIn—situcomposite2-T一900t图4脬位复合材料的微观组织3.T=1000℃Fig.4MicrostrucluremoftheinsitucomposJtT10003结论(1)原位反应温度为950℃时所制备的复合材料力学性能较优;原位反应生成的TiC颗粒呈小圆片状.与基体结台良好.无其他有害相生成.(2)原位反应温度为900℃和l000℃时所制备的复合材料组织中都有产生A1Ti针状有害相的倾向,因而其力学性能较差参考文献[I]{]O1]I.~ers:qA.AlbiterA.BedoltaE.etat.Processingand characterizationafAI—CuandA卜Mgbasecomposites reinforcedwithTiC_-J].AdvancedEngineeringMaterials.200,t.6(9):767—775[23SahooP,KoczakM.Mmstrturp∞p盯'yrelationshipof insitureactedTiC.,"AI【:umetalmatrixcomposites[J]. MaterialsScience~:-EntgineeringA.1991.A131(1):69—76. E32王蕾一许伯藩.原位生成TiC./AI基复合材料的制备口].武汉科技大学自然科学版.2000.23(1):22—25.[43BinYang.GuoxiangChen.JishanZhang.EffectofTi/C additions011theformationofAI3Tl0f1i1sitttTiC/Al composites~J].MaterialsandDesign.2001.(22):645—650. [53BinYang,GuoxiangChen.JishanZhang.Microstructure characterizationofinsituTiC/A1andTiC/AI一2OSi一5Fe_ cu—lMgcomposilesbyspaydepositionJ].AetaMateriaI.2001.(51]:4977-,1989.[6]Jin.~huil.iu.HanningXiao,ZhenShu,eta】.Microstructure andpropertiesofin—situsynthesizedFiCparticulate reinforcedA1_Cucomposite[Jj.ChineseJournalot NonfetrOLlSMetals.1998+8(2)±259-263.[7]程兰征.物理化学[M].上海:上海科学技术出版社. 1997.[87桨英教.车荫昌.无机物热力学数据手册[M].沈Hjt东北大学出板社.1996.收录《铸造技术》的18家数据库(网站)中文核心期刊数据库美国《工程索引》(Ej)数据库《中国学术期刊》(光盘版)中国科学引文数据库中国学术期刊综合评价数据库中国科学论文统计与分析数据库中国科技论文与引文数据库中国《金属文摘*数据库中国《冶金文摘》数据库中国科技期刊篇名数据库中国科技期刊数据库美国《化学文摘》(CA)数据库美国《金属文摘》(MA)数据库'万方数据库华艺数位艺术股份有限公司数据库●中国学术期刊文摘(英文版)数据库中国期刊网()中国市场网()!:'.'.一..-,.….…..........…..….....'.,,._,●●。
凝固速率对Cu -Ag 原位纤维复合材料性能的影响!张晓辉，宁远涛，李永年，戴红（昆明贵金属研究所，中国昆明650221）Influence of Solidification Rate on Properties of Cu -Ag in Situ Filamentary Composites Zhang Xiaohui ，Ning Yuantao ，Li Yongnian ，Dai Hong（Kunming Institute of Precious MetaIs ，Kunming 650221，China ）Abstract ：The infIuence of different soIidification rate on microstructure ，strength and eIectricaI resis-tivity of Cu -Ag in situ fiIamentary composites was studied in present paper.The strengthening mech-anism was discussed too.The strengthening can be divided into two stages ，the disIocation strengthen-ing and the fibre strengthening are the main mechanisms at the first and the second stage.The turning point from the first stage to the second stage is reIated to content of Ag and size of microstructure.Keywords ：SoIidification rate ；Cu -Ag aIIoy ；Mechanic property ；EIectricaI resistivity摘要：研究了不同凝固速率对Cu -Ag 原位纤维复合材料的显微组织、强度及电阻率的影响，探讨了强化机制。
Ag和Fe元素添加对Cu-Zr-Al系非晶形成能力和力学性能的影响赵燕春;寇生中;刘广桥;丁雨田;李春燕;袁子洲;索红莉【摘要】以Cu-Zr-Al三元系为基础,研究Ag和Fe合金组元添加对块体金属玻璃(BMG)及BMG基复合材料的非晶形成能力和力学性能的影响.在Cu-Zr-Al三元合金体系中,Cu50Zr42Al8系BMG的△Tx=61 K,Trg=0.624,γ=0.416.适量添加Ag 元素能显著地提高非晶形成能力:在Cu-Zr-Al-Ag四元合金体系中,Cu43Zr45Al8Ag4、Cu45Zr42Al8Ag5、Cu40Zr44Al10Ag6、Cu43Zr41Al8A98和Cu36Zr48Al8Ag8的Trg分别为0.618、0.625、0.618、0.628和0.598,γ值分别为0.424、0.427、0.424、0.432和0.433,△TX分别为77、76、78、84和108 K.在(Cu0.36Zr0.48-Al0.08Ag0.08)100-XFex(x-=0,3,5,10,15,20)五元体系中,Fe的添加明显影响合金的非晶形成能力;尽管△TX和Trg呈下降趋势,但(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)97Fe3块体非晶合金仍具有较高的非晶形成能力,其△TX=103 K,Trg=566,γ=0.424:Fe的适量加入可显著提高合金的力学性能,其中(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)95Fe5合金的强度和塑性应变分别提高至2 249 MPa和4.9%.Fe元素的存在导致Cu36Zr48Al8Ag8合金中产生明显的相分离,使(Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)100-xFex合金得到增强增韧.%Based on Cu-Zr-Al tenary alloy, the effects of addition of Ag and Fe elements on glass-forming ability and mechanical properties of Cu-Zr-Al-Ag and Cu-Zr-Al-Ag-Fe bulk amorphous systems were investigated.Cu50Zr42Al8 BMG exhibits high glass-forming ability and thermal stability in ternary alloy system, △Tx, Trg and γ of which are 61 K,0.624 and 0.416, respectively. The glass-forming ability of Cu-Zr-Al ternary alloy system isobviously improved with addition of Ag. In the quaternary system, Trg of Cu43Zr45AlsAg4, Cu45Zr42Al8Ag5, Cu40Zr44Al10Ag6, Cu43Zr41Al8Ag8 and Cu36Zr48Al8Ag8 are 0.618, 0.625, 0.618, 0.628 and 0.598, γ of which are 0.424, 0.427, 0.424, 0.432 and 0.433, △Tx of which are 77, 76, 78, 84 and 108 K, respectively. In the (Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)100-xFex(x=0, 3, 5, 10, 15, 20) quinary system, the addition of Fe exists an obvious effect on the glass forming ability of the alloys. Although the △Tx and Trg are reduced, the (Cu0.36Zr0.48 Al0.08Ag0.08)97Fe3 bulk amorphous alloy exhibits high glass-forming ability, and △Tx, Trg and γ of this alloy are 103 K, 0.566 and 0.424, respectively. The compressive fracture strength and plastic strain of (Cu0.36Zr0.48Al0.08Ag0.08)95Fe5 alloy increase to 2 249 MPa and 4.9％, respectively, which shows that the addition of suitable Fe improves the mechanical properties obviously. The existence of Fe element results in the distinct phase separation in Cu36,Zr48Al8Ag8 alloys, which strengthens and toughens the (Cu0.36, Zr0.48Al0.08Ag0.08)100-xFex alloy.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2011(021)005【总页数】8页(P1066-1073)【关键词】块体金属玻璃;非晶形成能力;合金化;力学性能【作者】赵燕春;寇生中;刘广桥;丁雨田;李春燕;袁子洲;索红莉【作者单位】兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室,北京100022;兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;兰州理工大学,甘肃省有色金属新材料省部共建国家重点实验室,兰州,730050;北京工业大学新型功能材料教育部重点实验室,北京100022【正文语种】中文【中图分类】TG139.821世纪初，Cu基BMG被相继开发出来，其中以CuZr为主要成分的Cu基块体金属玻璃表现出较强的玻璃形成能力和优异的力学性能，如 Cu64Zr36合金的约化玻璃转变温度为0.64，过冷液相区宽度达到46 K，压缩断裂强度达到2 000 MPa[1-2]；Cu50Zr50二元BMG的压缩断裂强度为 1 350 MPa，压缩塑性变形为1.5%[3]。
原位反应合成AgCuO复合材料累计塑性变形的组织分析
角坤;周江猛;胡安亚;周晓龙
【期刊名称】《电工材料》
【年(卷),期】2018(0)2
【摘要】采用原位反应合成法制备CuO质量分数为10%的AgCuO复合材料。
通过金相分析、XRD、SEM等测试分析了不同拉拔直径下Ag CuO复合材料纵截面的组织。
结果表明:在AgCuO复合材料的纵截面上,CuO组织由颗粒和纤维状两种形态组成,纤维状CuO组织沿着变形方向分布,且CuO在银基中的弥散化程度随着变形量的增加更均匀。
【总页数】4页(P3-6)
【关键词】原位;反应合成;AgCuO;复合材料;塑性变形
【作者】角坤;周江猛;胡安亚;周晓龙
【作者单位】昆明理工大学材料科学与工程学院;昆明理工大学稀贵及有色金属先进材料教育部重点实验室云南省新材料制备与加工重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TM503.5
【相关文献】
1.原位反应合成(TiB2-Al2O3)/NiAl复合材料的微观组织 [J], 曹丽丽;崔洪芝;吴杰;汤华杰
2.TiB2含量对原位反应合成TiB2/B4C复合材料的组织结构和力学性能的影响 [J],
王玉金;彭华新;叶枫;周玉
3.反应合成AgCuO复合材料中CuO的长大动力学分析 [J], 周晓龙;曹建春;陈敬超;黎敬涛;于杰;张昆华;杜焰;吴大平
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5.反应合成制备AgSnO_2与AgCuO复合材料的组织对比 [J], 周晓龙;曹建春;陈敬超;杜焰;张昆华
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复合材料学报第23卷 第6期 12月 2006年A ct a M ateri ae C om p o sit ae Sini c aVol 123No 16December2006文章编号:10003851(2006)06012007收稿日期:20051219;收修改稿日期:20060403通讯作者:孙宝德,教授,博士生导师,研究方向为熔体纯净化,金属基复合材料等 E 2mail :bdsun @Cu 2Fe 2Ag 原位复合材料的组织和性能高海燕,王 俊,疏 达,孙宝德3(上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室,上海200030)摘 要: 系统研究了合金元素Ag 对Cu 2Fe 原位复合材料微观组织、力学性能和导电性能的影响规律。
采用熔铸2形变法分别制备了Cu 212wt %Fe 、Cu 214wt %Fe 21wt %Ag 、Cu 214wt %Fe 23%Ag 和Cu 211wt %Fe 26wt %Ag4种原位复合材料。
测试了不同应变下材料的抗拉强度和电阻率。
采用扫描电镜(SEM )观察了材料的微观组织演变和拉伸断口形貌,用能谱仪(EDS )分析了Fe 和Ag 在Cu 基体中的分布。
结果表明,添加Ag 可以细化初生的Fe 枝晶,强化Cu 基体,降低高温下Fe 在Cu 中的固溶度,材料的强度和电导率同时得到提高。
但添加Ag 后,材料的塑性变形能力降低,在较低的应变下,拉伸试样的断口就表现出剪切断裂特征。
关键词: Cu 2Fe 2Ag ;原位复合材料;微观组织;强度;电导率中图分类号: TB323 文献标识码:AMicrostructure and properties of Cu 2Fe 2Ag in 2situ compositesGAO Haiyan ,WAN G J un ,SHU Da ,SUN Baode 3(The State Key Laboratory of Metal Matrix Composites ,Shanghai Jiao Tong University ,Shanghai 200030,China )Abstract : The effects of Ag on the microstructure and mechanical and electrical properties of Cu 2Fe in 2situ com 2posites were investigated.Four in 2situ composites ,Cu 212wt %Fe ,Cu 214wt %Fe 21wt %Ag ,Cu 214wt %Fe 23wt %Ag and Cu 211wt %Fe 26wt %Ag were prepared by the cast and drawn process.The ultimate tensile strength and elec 2trical resistivity of the composites at each draw ratio were measured.The microstructure evolution of the composites was investigated using scanning electron microscopy (SEM )and distribution of Fe and Ag in the matrix was ana 2lyzed by EDS equipped on SEM.The results show that the presence of Ag can refine the primary Fe dendrites and reduce the solution of Fe in Cu at high temperature as well ,which leads to the simultaneous increment in both strength and conductivity.However ,the Cu 2Fe 2Ag composites show a bit lower plasticity and the f racture surfaces exhibit shear characteristic at a lower draw ratio.K eyw ords : Cu 2Fe 2Ag ;in 2situ composites ;microstructure ;strength ;electrical conductivity 高强高导铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的结构功能一体化材料,是集成电路引线框架、电气化铁路接触导线/架空线、大功率异步牵引电动机转子等现代信息产业和国家重大工程项目建设中不可或缺的关键材料。
集成电路引线框架要求材料的抗拉强度大于600M Pa ,电导率大于80%IACS (国际退火铜标准,117241μΩ・cm 被定义为100%IACS )。
一个1000T 的脉冲磁场,要求线圈材料的抗拉强度大于1500M Pa ,电导率高于60%IACS [1]。
Cu 与Ag 以及过渡族金属Nb 、Ta 、Mo 、W 、V 、Cr 、Fe 等形成的Cu 2X 二元合金(X约15vol %～20vol %),经大量塑性变形后,X 在Cu 基体内形成定向排列的增强纤维,形成铜基原位复合材料,其最大的特点是具有超高的强度和良好的电导率,是制备高强磁场导体材料最有希望的方法。
Bevk 等[2]制备的Cu 220vol %Nb ,抗拉强度达到2200M Pa ,电导率达66%IACS 。
Sakai 等[3]制备的Cu 216wt %Ag 抗拉强度达1000M Pa ,电导率高达80%IACS 。
现有的研究主要集中于二元Cu 2Nb 和Cu 2Ag 原位复合材料,由于Nb 和Ag 都是贵金属,而且Nb 的熔点高,液态Cu 和Nb 存在较大的溶混间隙,限制了这类新材料的工业规模制备和应用[4]。
与Cu2Ag和Cu2Nb相比,Cu2Fe具有自身的优点:(1)Fe的剪切模量高,形变Fe纤维对Cu基体具有极好的强化作用;(2)原料来源广,制备成本低;(3)Fe的熔点相对较低,液态Fe与Cu的溶混间隙小,采用普通的工业熔炼设备即可制备合金坯料。
但Cu2Fe合金具有致命的缺点:固溶于Cu基体的Fe原子会引起电子波强烈散射,严重降低基体的电导率,固溶的Fe对Cu基体电导率的影响为9.2μΩ・cm/1wt%Fe[5],即每固溶0.1wt%Fe,Cu 基体的电导率将降低35%IACS,而固溶的Nb和Ag对Cu基体电导率的影响则不足1%IACS。
通常的非平衡凝固条件下,Cu基体中固溶的Fe含量较高,熔铸2形变法制备的Cu2Fe原位复合材料的电导率不足40%IACS,比采用同样方法制备的Cu2Nb合金低25%～30%IACS[6]。
这种电导率差别正是由于固溶的Fe引起的杂质散射所致。
近年来,铜基原位复合材料开始向三元或多元化方向拓展。
多元化的目标主要有两个:(1)降低材料的成本;(2)进一步提高材料的强度和电导率。
添加第三组元可以获得更多的热力学和动力学途径,从而得到更好的强度和电导率匹配。
Ag、Cr、Co、Mg、Zr、Al等元素已经在研究中被采用[7210]。
孙世清[10]对形变Cu2Fe2Cr和Cu2Fe2Cr2 Zr/Ni原位复合材料进行了大量研究,发现Cr主要起强化Fe纤维的作用,对电导率改善作用很小,还会降低材料的塑性变形能力;同时添加少量的Cr和Zr或Ni反而严重恶化材料的导电性能。
葛继平等[7]在Cu2Fe中加入了少量Zr和Mg,发现材料的强度略有提高,但电导率比二元的Cu2Fe更低,并使材料变脆。
Hong和Song等[8,9]在二元Cu29wt%Fe合金中分别加入了1.2wt%Ag、Co 和Cr,经中间热处理后,材料的强度和电导率分别达到939M Pa和56.4%IACS(Ag)、853M Pa和5313%IACS(Co)及855M Pa和53.3%IACS(Cr)。
可见含Ag材料的综合性能优于含Cr和Co的材料,但作者未对Ag的作用机理进行深入的研究和探讨。
本文中拟系统地研究Ag对二元Cu2Fe原位复合材料微观组织和性能的影响。
1 实验方法实验原料为电解铜,工业纯Ag和工业纯Fe,材料纯度都在99.9wt%以上。
采用真空钨极电弧炉分别制备了3种成分的Cu2Fe2Ag合金,即Cu214wt%Fe21wt%Ag(简记为Cu214Fe21Ag), Cu214wt%Fe23wt%Ag(Cu214Fe23Ag)和Cu2 11wt%Fe26wt%Ag(Cu211Fe26Ag)。
将铸锭热锻至截面尺寸为14mm×14mm,然后冷轧至截面尺寸5mm×5mm,最后冷拔至系列尺寸,材料的最小直径为0.4mm。
采用同样的工艺制备了二元Cu212wt%Fe以进行实验对比。
冷加工的应变η定义为η=ln(A0/A f)其中:A0是试样冷变形前的截面面积;A f为变形后的截面面积。
室温拉伸实验在Zwick/Roell试验机上进行。
由于材料的直径较小,采用全截面拉伸试样;以抗拉强度作为材料强度的度量。
用ZY9858型微欧计测量材料的室温电阻率。
用扫描电子显微镜(SEM)观察材料微观组织和拉伸断口形貌。
用能谱仪(EDS)分析Fe和Ag在基体中的分布。
2 结果和讨论2.1 微观组织4种合金具有类似的铸态组织,第二相Fe枝晶均布于Cu基体中。
Cu2Fe2Ag合金的枝晶臂直径(2～4μm)比Cu2Fe合金(4～6μm)略小,如图1(a)和1(b)所示,与Song等[11]的研究结果一致。
由于实验中采用的冷却速度较高,1000倍下在Cu基体中几乎看不到析出粒子,见图1(c)。
在Cu211Fe26Ag中,在Cu基体的晶界上分布着少量的Cu2Ag共晶,如图1(d)所示。
塑性变形以后,铸态随机分布的枝晶逐渐转变为沿轴向定向排列的增强纤维,但纤维的截面形貌不再是圆形,而呈现一种不规则形貌,文献中一般称之为ribbon2like morp hology。
主要原因是在变形过程中bcc的Fe相中逐渐形成了〈110〉丝织构,导致Fe相产生平面应变变形。
为了与Cu基体的变形协调,Fe纤维被迫折断或弯曲,形成了这种不规则的形貌[12215],如图2所示。
2.2 Fe和Ag的分布Cu2Fe平衡相图表明,在包晶反应温度1096℃下,Fe在Cu中的最大固溶度为4.1wt%,而在室温下Cu和Fe几乎不互溶。
由于4种材料中Fe含量都远远超过了上述最大固溶度,若不考虑Ag的影响,铸态合金“基体”中的Fe含量应该相等(本文・121・高海燕,等:Cu2Fe2Ag原位复合材料的组织和性能图1 合金的铸态组织Fig.1 Microstructures of t he as 2castalloys图2 形变Cu 211Fe 26Ag 的微观组织Fig.2 Microstructures of deformed Cu 211Fe 26Ag composite中,“基体”指除了Fe 枝晶以外的微观结构)。
