Cu-Ni-Si合金近平衡相变过程与导电机制研究

论文摘要

本文采用熔炼法分别制备了Cu-Ni-Si合金的近平衡凝固试样和普通熔铸试样,并对普通熔铸合金进行了450℃等温时效和轧制+等温时效后处理。采用OM结合SEM分析了Cu-Ni-Si合金的显微组织,利用XRD与EDS分析确定了合金的相组成及合金元素的分布状况,通过DTA分析考察了近平衡凝固条件下合金的相变过程及其对应的相变温度,Cu-Ni-Si合金的电导率采用涡流电导仪（ECA）测量。在上述实验结果的基础上,系统研究了Cu-Ni-Si合金的近平衡相变过程和导电机制,为后续高强高导Cu-Ni-Si合金的制备研究提供了理论基础。本文的主要研究工作和所获得的结论如下：1.当Cu含量高于40%时,Cu-Ni-Si合金的近平衡凝固显微组织主要由初生富Cu相α-Cu（Ni,Si）、共晶相α-Cu（Ni,Si）+β1-Ni3Si以及针状组织δ-Ni2Si组成；当Cu含量为40%时,合金的近平衡凝固组织为完全的共晶组织α-Cu（Ni,Si）+β1-Ni3Si。2. Cu-Ni-Si合金的近平衡凝固行为与合金中Cu含量密切相关。Cu含量为40%的合金熔体以共晶方式凝固；Cu含量高于40%的合金熔体以亚共晶方式凝固,即α-Cu（Ni,Si）作为初生相以匀晶反应L1→α-Cu（Ni,Si）方式首先从合金熔体中析出,并伴随着Ni、Si原子向残余液相的扩散；当残余液相接近共晶成分时发生共晶反应L2→α-Cu（Ni,Si）+Ni3Si直至凝固过程结束；最后过饱和固溶体α-Cu（Ni,Si）中的Ni、Si原子通过固态相变以沉淀相δ-Ni2Si的形式析出。3.普通熔铸法得到的四种Cu-Ni-Si合金显微组织均为初生富Cu相α-Cu（Ni,Si）和共晶相β1-Ni3Si+α-Cu（Ni,Si）,但β1-Ni3Si的数量与形貌与合金中Cu含量密切相关。随着Cu含量的降低,合金中β1-Ni3Si的数量增加且逐渐由位于α-Cu（Ni,Si）相晶界交叉处的颗粒向位于晶界上的网状结构过渡；合金中共晶区也随之由离异共晶转变为典型的片层状共晶。4.随着等温时效处理的进行,铸态组织中迅速析出δ-Ni2Si相,随后δ-Ni2Si相的数量几乎不再增加直至时效达到2h后又继续增加；Cu含量为95%和90%的两种合金导电率的变化情况与δ-Ni2Si相的析出情况一致,但Cu含量为80%和60%的两种合金导电率几乎不受时效过程的影响。5.经轧制+等温时效处理后,合金组织中β1-Ni3Si相形成的网状结构被不同程度地打破,沿垂直于轧制平面的组织中出现了明显的轧制织构,四种合金的导电率均出现了较为明显的提高。6. Cu-Ni-Si合金的导电行为受固溶原子浓度和β1-Ni3Si相的数量与形貌的影响。对于Cu含量低于80%的合金,β1-Ni3Si相形成的网状结构成为影响其导电率的主要因素。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 Cu基材料的强化手段及其对电导率的影响
• 1.1.1 合金化强化法
• 1.1.2 复合化强化法
• 1.2 高强高导Cu基材料的制备手段
• 1.2.1 普通熔炼法
• 1.2.2 粉末冶金法
• 1.2.3 形变强化法
• 1.2.4 快速凝固法
• 1.3 Cu-Ni-Si合金的研究现状与进展
• 1.3.1 Cu基引线框架材料
• 1.3.2 Cu-Ni-Si合金的研究现状与研究进展
• 1.4 本文拟解决的关键问题
• 2 研究内容与实验方法
• 2.1 研究内容与技术路线
• 2.2 合金成分设计
• 2.3 合金制备
• 2.3.1 原料的准备
• 2.3.2 近平衡凝固实验
• 2.3.3 普通熔铸
• 2.4 试样后处理
• 2.4.1 等温时效
• 2.4.2 轧制+时效
• 2.5 分析测试
• 2.5.1 差热分析（DTA）
• 2.5.2 电导率测试
• 2.5.3 显微组织观察
• 2.5.4 能谱分析
• 2.5.5 相组成分析
• 3 Cu-Ni-Si合金的近平衡相变过程
• 3.1 近平衡凝固组织
• 3.2 相组成分析
• 3.3 差热分析（DTA）
• 3.4 Cu-Ni-Si合金熔体冷却过程中的相变行为
• 3.4.1 合金熔体的凝固过程
• 3.4.2 固态相变
• 3.4.3 冷却过程的相变模型
• 3.5 本章小结
• 4 Cu-Ni-Si合金的导电机制
• 4.1 Cu含量对合金导电率的影响
• 4.1.1 铸态组织
• 4.1.2 导电率
• 4.2 等温时效对合金导电率的影响
• 4.2.1 时效组织
• 4.2.2 时效析出行为
• 4.2.3 导电率
• 4.3 轧制处理对合金导电率的影响
• 4.3..1 轧制+时效后的组织
• 4.3.2 导电率
• 4.4 Cu-Ni-Si合金的导电行为
• 4.4.1 合金成分
• 4.4.2 固溶原子
• 1-Ni₃Si的形貌'>4.4.3 β₁-Ni₃Si的形貌
• 4.4.4 Cu-Ni-Si合金的导电机制
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文与获奖情况