Cu-Ni-Zn-Al系新型高強(qiáng)導(dǎo)電彈性銅合金組織、性能及相關(guān)基礎(chǔ)研究.pdf

1、本文成功設(shè)計(jì)和制備了一種新型高強(qiáng)導(dǎo)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(dǎo)率測(cè)試方法、室溫拉伸試驗(yàn)、X射線衍射分析技術(shù)(XRD)、金相技術(shù)(OM)、掃描和透射電子顯微分析方法(SEM、TEM)、能譜分析技術(shù)等材料物理研究方法，以及交流阻抗技術(shù)(EIS)等電化學(xué)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(guān)系，確定了合金強(qiáng)化機(jī)理以及合金元素Al對(duì)合金性能的影響規(guī)律及機(jī)理，得到

2、以下結(jié)論：
　　 1、在Cu-Ni-Zn三元合金基礎(chǔ)上添加Al形成的Cu-Ni-Zn-Al合金為一種新型的時(shí)效析出強(qiáng)化型合金；Al含量對(duì)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(qiáng)的時(shí)效析出強(qiáng)化效應(yīng)，固溶處理后合適的時(shí)效工藝為：500℃時(shí)效8～16h。在此工藝條件下，合金因時(shí)效硬化產(chǎn)生的硬度增值達(dá)12

3、8～135Hv，電導(dǎo)率增值為3～7％IACS。在時(shí)效過(guò)程中，隨著Al含量的增加，合金硬度和電導(dǎo)率明顯增大。
　　 3、Cu-Ni—Zn-Al合金析出相結(jié)構(gòu)和組成與Al含量有關(guān)：Al含量較低(1.2wt.％)時(shí)，析出相為L(zhǎng)12有序立方Cu3Au結(jié)構(gòu)的γ'相，該相對(duì)合金起主要強(qiáng)化作用，其化學(xué)組成為含Cu和Zn的Ni3Al，與α固溶體基體具有一定的位向關(guān)系：[011]p//[011]m，(100)p//(200)m；而Al含量較高(1

4、.6～2.4 wt.％)時(shí)，在時(shí)效初期，溶質(zhì)原子以γ’相的形式脫溶析出；隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，溶質(zhì)原子又同時(shí)以B2結(jié)構(gòu)的β相形式脫溶析出，β相的化學(xué)組成為含有Cu和Zn原子的NiAl，化學(xué)式可寫(xiě)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?jǐn)?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(shí)效初期強(qiáng)化相粒子的析出過(guò)程，并解釋了強(qiáng)化相對(duì)合金的強(qiáng)化作

5、用機(jī)理：強(qiáng)化相粒子的共格析出，引起固溶體基體晶格嚴(yán)重畸變，畸變程度隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)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(chǎn)生劇烈的時(shí)效析出強(qiáng)化效應(yīng)。
　　 5、在固溶-時(shí)效過(guò)程中，Cu-Ni-Zn-Al合金中析出相的分布特征與Al含量有關(guān)：Al含量為1.2 wt.％時(shí)，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(shí)間逐漸縮短，體積分?jǐn)?shù)逐漸增大。

6、r>　　 6、時(shí)效前進(jìn)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(shí)效硬化和提高電導(dǎo)率的進(jìn)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(shí)效溫度為450℃，時(shí)效時(shí)間為0.5～8h。在此工藝條件下，合金的力學(xué)性能、電導(dǎo)率等綜合性能高：抗拉強(qiáng)度σb=901～1155 MPa，屈服強(qiáng)度σ0.2=844～1125MPa，延伸率δ=1.1～4.0％，電導(dǎo)率EC=9～15％IACS，彈性模量

7、E=130～134 GPa。其力學(xué)性能達(dá)到或超過(guò)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(qiáng)導(dǎo)電彈性銅合金材料。
　　 7、在冷軋-時(shí)效過(guò)程中，Cu-Ni-Zn-Al合金的時(shí)效析出與再結(jié)晶之間存在明顯的交互作用：析出相粒子的析出嚴(yán)重滯后了合金變形組織的再結(jié)晶過(guò)程，大幅度提高了合金的再結(jié)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(duì)Cu-Ni-Zn-A

8、l合金的時(shí)效析出動(dòng)力學(xué)進(jìn)行分析，并得出相應(yīng)的時(shí)效動(dòng)力學(xué)方程，其反映的時(shí)效動(dòng)力學(xué)理論曲線與實(shí)驗(yàn)曲線基本吻合，較好地詮釋了研究合金在固溶-時(shí)效、固溶-冷軋-時(shí)效時(shí)的時(shí)效析出動(dòng)力學(xué)過(guò)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(zhì)中，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的浸泡腐蝕后，合金表面的腐蝕產(chǎn)物均主要由外表面的(Cu，Ni，Zn)2Cl(OH)3