基于穩(wěn)定固溶體合金團(tuán)簇模型的抗氧化Cu合金成分設(shè)計(jì).pdf

1、碩士學(xué)位論文基于穩(wěn)定固溶體合金團(tuán)簇模型的抗氧化Cu合金成分設(shè)計(jì)TheCompositionDesignofOxidationresistantCuAlloyBasedontheStableSolidSolutionClusterModel學(xué)號(hào)：21QQ墨Q璺魚完成日期：2013—4—28大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理T大學(xué)碩十學(xué)位論文摘要銅基材料在導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能方面十分突出，應(yīng)用前景深遠(yuǎn)。然而

2、，隨著銅基材料的應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬，其使用的工況環(huán)境也愈加苛刻。當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，銅難免會(huì)發(fā)生氧化現(xiàn)象，氧化一旦出現(xiàn)，直接影響著整體器件的可靠性，甚至導(dǎo)致產(chǎn)品的失效。為改善Cu合金這一弊病，人們通過合金化這一方法進(jìn)行了大量研究，主要目的是通過成分設(shè)計(jì)，使合金表面形成具有保護(hù)性的氧化膜。并且探索出了一批抗氧化合金元素如Al、Cr、Si等。但是在實(shí)際應(yīng)用中很難確定達(dá)到最佳抗氧化效果的合金元素添加量，因此，需要探索一個(gè)抗氧化Cu合金成分設(shè)計(jì)的理論

3、。本文根據(jù)董闖等人建立的“團(tuán)簇加連接原子”模型，以(CuCuz2)Cut，30。5結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一系列的Cu合金成分。主要分為兩類，一類是用[M1Nil21團(tuán)簇來替換(CuCuz2)一Cu5中的連接原子，形成(CuCul2)[Mln3Nil2／1315結(jié)構(gòu)；此時(shí)M為Si、Cr、Fe。另一類是直接以第三組元A1或Si替換連接原子或基礎(chǔ)團(tuán)簇中的中心原子。分別探索了合金元素在銅基體中的固溶析出狀況和合金體系的氧化行為與機(jī)制，得到以下結(jié)論：

4、(1)根據(jù)團(tuán)簇模型所設(shè)計(jì)的第一類Cu—Cul2INil2112xM“12x15系列合金，可以通過改變Ni和M的比例有效控制合金元素的析出與固溶。M為Si元素時(shí)，合金基體在少量固溶的基礎(chǔ)上析出了Ni2Si相，對(duì)于合金的抗氧化性能有著明顯的提高作用。M為Cr元素時(shí)，恒溫條件下，只有在合適的Ni／Cr比例下，才能生成連續(xù)的具有保護(hù)性作用的Cr氧化層，對(duì)O和金屬的相對(duì)擴(kuò)散有明顯的阻擋作用，降低氧化速率。變溫條件下，NiCr的加入可以明顯抑制Cu

5、在800℃以下的中溫氧化。由于生成氧化皮中存在應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致氧化膜剝落，故兩種工藝均要合理選擇團(tuán)簇內(nèi)Ni／Cr比例。當(dāng)Cr、Fe元素等比例共同替換M時(shí)，在恒溫和是變溫條件下，合金的抗高溫氧化效果均不理想。主要是由于第四組元Fe和第三組元Cr相比較，不能夠起到優(yōu)先氧化，生成保護(hù)性氧化皮的作用，進(jìn)一步體現(xiàn)了第三組元的重要性。(2)第二類Cu—AI—Si系列合金呈現(xiàn)出完全固溶狀態(tài)，均與成分設(shè)計(jì)思想吻合。Al元素可以在表面形成A1203型保護(hù)性氧化