幾種高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金中析出強(qiáng)化相晶體學(xué)特征研究.pdf

1、高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電性能，被廣泛應(yīng)用于微電子、通訊、航天、航空等各個(gè)行業(yè)。析出強(qiáng)化是目前大多數(shù)商用高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的主要強(qiáng)化方式。對(duì)于析出強(qiáng)化型合金而言，析出強(qiáng)化相的晶體結(jié)構(gòu)、形貌以及位向關(guān)系和界面的結(jié)構(gòu)對(duì)合金的力學(xué)和物理性能有很大的影響。因此，利用透射電鏡表征析出強(qiáng)化型高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金中析出強(qiáng)化相的晶體學(xué)特征，并結(jié)合經(jīng)典的相變模型來定量描述析出相的位向關(guān)系和界面結(jié)構(gòu)，對(duì)提高合金的性能有著很大的作用。
　　本文以幾

2、種典型的商用析出強(qiáng)化型高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金Cu-Ni-Si、Cu-Ni-P和Cu-Cr-Zr為研究對(duì)象，通過對(duì)它們進(jìn)行一系列的熱處理和力學(xué)性能測試，然后運(yùn)用高分辨電子顯微術(shù)、結(jié)合高分辨像模擬、第一原理能量計(jì)算和經(jīng)典的相變?cè)斫沂疚龀鱿嘧儥C(jī)制。得到以下主要結(jié)論:
　　(1)Cu-Ni-Si合金的析出強(qiáng)化相為納米尺度的正交結(jié)構(gòu)的δ-Ni2Si顆粒，但是隨著時(shí)效時(shí)間的增長，它的形貌以及與Cu基體的晶體學(xué)取向都會(huì)發(fā)生變化。時(shí)效峰值之前，它主要以

3、尺寸較小杏仁狀顆粒存在于基體中，與Cu基體的取向關(guān)系為:[010]δ|[110]Cu和(001)δ|(001)Cu。但隨著δ-Ni2Si顆粒尺寸的增加，在時(shí)效后期，尺寸較大的δ-Ni2Si顆粒最后都會(huì)以法式面包片狀存在于基體中，與Cu基體的取向關(guān)系會(huì)繞[010]δ|[110]Cu這個(gè)方向發(fā)生2.7°的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)變成為:[010]δ|[110]Cu和(301)δ1(1(1)1)Cu。在δ-Ni2Si顆粒取向的變化的同時(shí)，δ-Ni2Si顆粒的

4、慣習(xí)面也由低指數(shù)(1(1)0)Cu面轉(zhuǎn)變成了高指數(shù)的(11(11)9)Cu面。由于上述轉(zhuǎn)變是個(gè)連續(xù)變化的過程，中間態(tài)的δ-Ni2Si顆粒也出現(xiàn)在了我們的實(shí)驗(yàn)觀察中。
　　(2)Cu-Ni-Si合金中的δ-Ni2Si顆粒形貌和晶體學(xué)取向隨著尺寸增大而發(fā)生變化的過程是由析出相與基體之間的界面能和應(yīng)變能控制的，能夠用不變線（應(yīng)變?yōu)榱愕木w學(xué)取向）原理得到很好的解釋。析出相尺寸較小時(shí)，界面能對(duì)析出相的形貌以及晶體學(xué)特征起主導(dǎo)作用，為了得到

5、較小的界面能，δ-Ni2Si顆粒和Cu基體之間形成了一個(gè)低指數(shù)的慣習(xí)面(1(1)0)Cu。但時(shí)效后期，為了減小尺寸較大的析出相與基體之間的應(yīng)變能，δ-Ni2Si顆粒與Cu基體之間形成了包含了不變線的高指數(shù)的慣習(xí)面(11(11)9)Cu。
　　(3)Cu-Ni-P合金存在兩種不同結(jié)構(gòu)的析出強(qiáng)化相，六方結(jié)構(gòu)的h-Ni2P顆粒和正方結(jié)構(gòu)的t-Ni12P5顆粒。雖然具有不同的晶體結(jié)構(gòu)，h-Ni2P顆粒和t-Ni12P5顆粒都是以慣習(xí)面為{

6、111}Cu的納米級(jí)薄片狀顆粒存在于Cu基體中。通過進(jìn)一步觀察，h-Ni2P顆粒和Cu基體間只存在一種取向關(guān)系，而t-Ni12P5顆粒和Cu基體間存在4種不同取向關(guān)系，相互之間可以通過繞慣習(xí)面的法線方向旋轉(zhuǎn)而轉(zhuǎn)化到對(duì)方。
　　(4)Cu-Ni-P合金的析出強(qiáng)化相的形貌和晶體學(xué)取向關(guān)系可以界面二維近重位點(diǎn)陣模型得到很好的理解。根據(jù)h-Ni2P顆粒和銅基體之間取向關(guān)系建立的慣習(xí)面上的二維近重位點(diǎn)陣模型，h-Ni2P顆粒和Cu基體不僅在

7、慣習(xí)面上的原子匹配程度很高，而且在慣習(xí)面上的應(yīng)變也很小，所以只存在一種取向關(guān)系。根據(jù)不同取向的t-Ni12P5顆粒和Cu基體之間取向關(guān)系建立的慣習(xí)面上的二維近重位點(diǎn)陣模型，有的能夠與Cu基體形成原子匹配較高的慣習(xí)面，但是慣習(xí)面上的產(chǎn)生的應(yīng)變較大，有的雖然與Cu基體形成的原子匹配程度低點(diǎn)，但是在慣習(xí)面上的應(yīng)變較小，因此各種取向的t-Ni12P5顆粒同時(shí)存在于Cu-Ni-P合金中。
　　(5)Cu-Cr-Zr合金的主要析出強(qiáng)化相是尺寸