收藏本站
《上海交通大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高强高导电铜合金研究

陆德平  
【摘要】: 高强高导电铜合金广泛应用于微电子、交通、航天、航空、冶金和机电制造等行业领域,本文以电气化铁路接触电网和超大规模集成电路引线框架用材为研究对象,分别研究开发Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si两种高强高导电铜合金新材料。 研究技术路线:采用CALPHAD (Calculation of Phase Diagram)技术,对所研究的合金系进行相平衡热力学计算,预测合金中各时效温度下析出强化相的组成和质量分数,以此指导研制合金的化学成分设计;通过对合金的成分和热处理工艺技术进行优化,获得优选的显微组织,以提高合金的综合性能;采用对材料导电率影响小的时效强化、加工硬化和细晶强化复合技术制备合金,通过添加物理化学性质特殊的稀土和硼元素提高合金再结晶开始温度并细化晶粒来实现三种强化手段的叠加。依据上述技术路线,设计和制备了实验合金材料,使用Thermo-Calc软件对Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si两个系列的合金进行了相平衡热力学计算。采用光学显微镜、扫描电镜、电子探针和透射电镜等结构分析手段和拉伸实验、显微硬度测量、电阻率测量等实验测试手段,系统地研究了合金成分、稀土和硼微量元素、热处理工艺、冷变形对试验合金的显微组织和力学与导电性能的影响规律及作用机制,取得以下主要研究结果: 采用CALPHAD技术,在相关研究已有的实验数据基础上,对Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si合金体系的热力学参数进行了优化,计算了两个体系合金的富铜区等温截面相图。计算结果表明,Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si系合金在300-700℃等温截面的富铜区均存在多个二相区和三相区,合金的析出相种类及各相所占的比例分别主要取决于成分中的Fe/P、Ni/Si比值和温度,因而通过调整合金的成分和时效温度就可以控制合金中的析出相。本文的相平衡热力学计算结果为Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si系高强高导电铜合金的成分设计及时效工艺的制定提供了重要的理论依据。 通过研究添加微量元素对试验合金的组织与性能的影响规律,发现微量的Ce和B元素可以显著地提高Cu-Fe-P和Cu-Ni-Si系合金的再结晶开始温度,使合金的再结晶在时效达到强化峰值后发生,因而合金可获得较佳的加工硬化和时效强化复合的效果,这不仅使合金的强度峰值明显提高,而且使合金的强度峰值与导电率峰值正好对应于相同的时效温度。Ce和B影响试验合金回复与再结晶过程的机制为:B和Ce原子在晶体缺陷及晶界处的偏聚,阻止Cu基体中的点缺陷的迁移、位错的滑移与重排和再结晶界面的迁移,从而推迟合金的回复、抑制再结晶核心的形成和晶体的长大。同时,添加微量的Ce和B元素还起显著的细化晶粒和净化材质的作用。所以,正是由于B和Ce元素的这些作用,使得合金获得了优异的高强度与高导电率综合性能。 研究了冷变形对试验合金组织和性能的影响规律,结果表明,增加冷变形量可以大幅度地提高合金的强度,而对导电性影响不大。但当变形率达到50%左右时,继续增加变形量合金强度的上升趋缓。 对时效析出与再结晶的交互作用进行了分析研究,理论分析结果表明,如果时效析出先发生,则析出相的钉扎作用强烈抑制再结晶的进行。而再结晶发生后,再结晶界面扫过的析出颗粒将快速粗化,这与试验结果相吻合。因此,合金应避免高温长时间时效。 Cu-Fe-P合金的显微组织分析结果表明,对于Fe/P值较低的合金,主要存在Fe_3P和Fe_2P两种析出相。而Fe/P值较高的合金,则存在Fe_3P、Fe_2P和α-Fe三种析出相。在高温时效时,Fe、P元素含量高的合金在析出Fe_3P和Fe_2P相的同时也会出现一部分α-Fe析出相,这与热力学计算的结果基本吻合;Fe/P比值较低的合金具有更高的强度,但是,降低Fe/P比值会增加基体中固溶的P原子数量,对合金的导电率不利。因此,应根据强度和导电综合性能要求合理地设计合金的Fe/P比值和Fe、P元素的加入量。研究结果表明,当Fe、P元素加入总量在0.28 wt %左右,Fe/P质量比为3.67左右时,合金成分位于FCC_A1+Fe_3P二相区,而邻近FCC_A1+α-Fe+Fe_3P三相区,有利于获得高强度和高导电综合性能。 对Cu-Ni-Si合金的显微组织分析结果表明,在合金成分的Ni/Si质量比为4.2左右的情况下,合金的时效析出相主要是正交晶格的δ-Ni2Si相,同时,存在少量的γ-Ni_5Si_2相,这与热力学计算的结果一致。δ-Ni2Si析出相有利于合金获得高的强度,而又同时保持较好的导电性能。 由于实现了对合金成分优化和显微组织的控制,以及加工硬化、时效强化与细晶强化的复合叠加,本文研制的Cu-0.22Fe-0.06P-0.02B-0.05Ce和Cu-3.2Ni-0.75Si-0.02B-0.05Ce(wt%)合金,拉伸强度分别达到525和755MPa,延伸率分别达到16和13%,导电率分别达到82和43%IACS。两种合金的强度与导电综合性能优异,实用价值较高,具有良好的应用前景。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG146.11

手机知网App
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 范爱国;;高强度烧结Mg基合金[J];兵器材料科学与工程;2011年04期
2 ;武钢冷轧高度IF钢达到国际领先水平[J];中国冶金;2011年07期
3 付永强;薛志欣;夏延致;王士财;;高强度卡拉胶纤维的制备及性能测试[J];功能材料;2011年S3期
4 王征想;雷其针;周永红;;高强度刚玉碳化硅浇注料的研制[J];耐火与石灰;2011年04期
5 杨奇;徐炳强;;高强度高伸长率丙烯酸酯橡胶的合成研究[J];现代化工;2011年S1期
6 罗扬;;武钢高强度耐候钢Q450NQR1达国际先进水平[J];上海金属;2011年04期
7 易丽文;李锋军;任凤章;;高强度灰铸铁缸体生产关键技术[J];热加工工艺;2011年13期
8 张绪虎;单群;陈永来;杜志惠;;钛合金在航天飞行器上的应用和发展[J];中国材料进展;2011年06期
9 郑瑞;李飞;;高强度工程机械用钢板应用现状和发展前景[J];冶金信息导刊;2010年02期
10 景迪;张相军;张吉合;蒋丁存;;一种新型低合金高强材料Bisplate400的特点分析[J];电焊机;2011年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 符世继;张康侯;陈力;陈江;霍光;谢明;;高强高导电铜合金的应用及发展[A];2002年十一省、区、市机械工程学术年会暨云南省机械工程学会第六届学术年会论文集[C];2002年
2 薛绍白;M.Robert-Nicoud;D.Arndt-Jovin;;高强度的钙离子探针Fluo-3定位在NIH 3T3细胞的高尔基氏体中[A];中国细胞生物学学会第五次会议论文摘要汇编[C];1992年
3 季国良;;高强度淀粉基生物全降解制品的研发[A];提高全民科学素质、建设创新型国家——2006中国科协年会论文集(下册)[C];2006年
4 赵群;薛孟;徐昌茂;郭自力;;C100高强混凝土试验研究[A];“发展绿色技术,建设节约结构”——第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术会议论文集[C];2007年
5 王京霞;崔丽影;田恩涛;江雷;宋延林;;大面积、高强度聚合物光子晶体的制备[A];中国化学会第27届学术年会第04分会场摘要集[C];2010年
6 赵若鹏;吴佩刚;郭自力;刘元鹤;;掺粉煤灰的80MPa高强度大流动性混凝土研究[A];第十一届全国混凝土及预应力混凝土学术交流会论文集[C];2001年
7 刘锋;许自贵;赵成;李仕文;;F级高强度环氧玻璃布层压板的研制[A];第八届全国绝缘材料与绝缘技术学术会议论文集[C];2002年
8 孙艺;;高强度工作对手术室护士的心理干预[A];全国手术室护理学术交流暨专题讲座会议论文汇编[C];2002年
9 赵群;薛孟;王丽梅;郭自力;;内掺硅粉的C90高强度大流动性混凝土研究[A];“全国特种混凝土技术及工程应用”学术交流会暨2008年混凝土质量专业委员会年会论文集[C];2008年
10 康杰分;褚建军;沈春林;;高铁专用聚氨酯防水涂料的研制[A];全国第十次防水材料技术交流大会论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 胡雪峰 谢寅星 记者杨勇军;连贯实施高强度演练[N];战士报;2011年
2 廖建国;高强度螺栓用钢的开发[N];世界金属导报;2005年
3 记者 张亮;健身不一定非要耗时[N];科技日报;2005年
4 记者 刘志强;高强度低松弛预应力钢绞线课题验收[N];科技日报;2011年
5 赵辉;高强度投入 建设更高品位城市[N];宜兴日报;2009年
6 记者蔡立军;高强度超轻薄H型钢热轧生产线试车成功[N];中国冶金报;2009年
7 成利军;河南济钢高强度机械用钢生产线点火[N];中国企业报;2009年
8 通讯员 王剑;陕西 严防小尺度高强度暴雨[N];中国水利报;2010年
9 周芙;三十天的高强度战役[N];国家电网报;2008年
10 记者 史颂光 通讯员 成利军;济钢60万吨高强度机械用钢生产线点火[N];河南日报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陆德平;高强高导电铜合金研究[D];上海交通大学;2007年
2 林晓艳;高强度纳米羟基磷灰石/胶原仿骨材料研究[D];四川大学;2005年
3 战丽;微米木纤维形成MFB的理论与实验研究[D];东北林业大学;2005年
4 徐皖育;高能量高强度发射药研究[D];南京理工大学;2006年
5 徐成宇;放电等离子烧结高强度铝合金的组织与性能[D];吉林大学;2005年
6 陶业争;高强度超短脉冲激光与固体等离子体相互作用研究[D];中国原子能科学研究院;2001年
7 卓静;高强度复合材料FRP片材波形齿夹具锚锚固系统及应用研究[D];重庆大学;2005年
8 薛强;高强度超声治疗兔肺部移植性肿瘤的实验研究[D];重庆医科大学;2002年
9 杨竹;高强度聚焦超声治疗人子宫平滑肌瘤的研究[D];重庆医科大学;2004年
10 熊正爱;高强度聚焦超声治疗子宫肌瘤的研究[D];重庆医科大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 沈淼森;高强度气体放电灯电子镇流器关键技术研究[D];浙江大学;2003年
2 马立伟;微生物多糖热凝胶高生产强度发酵工艺研究[D];江南大学;2008年
3 李来军;连续定向凝固技术制备Cu-Ag、Cu-Cr合金线材及其组织和性能的研究[D];兰州理工大学;2004年
4 赵晓宏;连续碳纤维增强铜基复合材料的制备、组织及性能研究[D];河北工业大学;2002年
5 刘芙;高强度高导电性铜基合金的显微结构及性能研究[D];浙江大学;2001年
6 潘国平;坦克反导探测器高强度平面天线的仿真与研究[D];国防科学技术大学;2005年
7 季素屏;组分对含聚醚聚氨酯发射药力学性能的影响研究[D];南京理工大学;2009年
8 郜涛;高能高强度发射药的研究[D];南京理工大学;2005年
9 郑敏娟;高强度聚焦超声选择性定量凝固损伤离体心肌组织的实验研究[D];第四军医大学;2002年
10 彭于辉;高能高强度发射药的燃烧性能研究[D];南京理工大学;2008年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026