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【6h】

Cu-Cr-Zr系高强高导铜合金的时效行为研究

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摘要

随着电子工业的快速发展，Cu-Cr-Zr合金因其具有高的强度与良好的导电率，得到了广泛的关注。然而，关于Cu-Cr-Zr系合金时效行为、析出相的种类、大小分布等问题仍存在着分歧。本文研究了Cu-Cr-Zr高强高导铜合金的单级时效、双级时效、深冷处理+时效等热处理工艺，并进一步研究了Mg、 Si微合金化对该合金各种时效热处理工艺的影响，基于电导率建立了Cu-Cr-Zr系高强高导合金的时效动力学方程，分析了Mg、 Si微合金化的作用机制，以及深冷预处理对等温时效动力学影响，研究结果表明:
　　(1) Mg、Si元素能够提高Cu-Cr-Zr系高强高导铜合金的强度和导电率。基于正交试验发现Cu-Cr-Zr合金的最佳时效工艺为410℃时效8h。此时，合金的强度为570MPa，导电率为79.1％IACS;而Cu-Cr-Zr-Mg-Si合金的最佳时效工艺为430℃时效14h。此时，合金的强度为595MPa，导电率为80.4％IACS。时效后，Cu-Cr-Zr合金中的析出相为Cr相与Cu5Zr相，Cr相大小为50-100nm，Cu5Zr相大小为100-200nm左右;Cu-Cr-Zr-Mg-Si合金中的析出相也为Cr相与Cu5Zr相，但析出相更加细小，分布的也更加均匀弥散，其中Cr相大小也为50-100nm，但Cu5Zr相大小明显减小，其大小为50hm左右。
　　(2) Cu-Cr-Zr合金最佳的双级时效组合为270℃预时效1h+410℃时效4h。此时，Cu-Cr-Zr合金的强度为580MPa，导电率为76.9％IACS;Cu-Cr-Zr-Mg-Si合金最佳的双级时效组合为290℃预时效1h+430℃时效6h。此时，Cu-Cr-Zr-Mg-Si合金的强度为615MPa，导电率为79.3％IACS。低温预时效可以获得高弥散分布的GP区，为随后的时效提供了更多的形核位置，与单级时效相比能够得到更加弥散分布析出相。
　　(3) Cu-Cr-Zr合金深冷+时效处理的最佳工艺参数为10次深冷处理+390℃时效8h，此时合金的强度为585MPa，导电率为78.9％IACS; Cu-Cr-Zr-Mg-Si合金深冷+时效处理的最佳工艺参数为15次深冷处理+410℃时效12h。此时，合金的强度为605MPa，导电率为79.2％。深冷处理使得合金内部出现更多的位错等晶格缺陷，为随后的时效提供了更多的形核位置，得到更弥散分布的析出相。
　　(4)基于差示扫描量热分析(DSC)建立的Cu-Cr-Zr合金变温时效动力学方程为:t=(T-298)/[T2exp(-1193/T-6.3)];基于电导率建立了Cu-Cr-Zr合金等温时效动力学方程，450℃时效的相变动力学方程:x=1-exp(-1.82t0.84)，430℃时效相的变动力学方程:x=1-exp(-1.65t0.74)，410℃时效的相变动力学方程:x=1-exp(-1.31t0.74)，390℃时效的相变动力学方程:x=1-exp(-1.23t0.88)。这两种方法建立的时效动力学方程可以相互验证。
　　(5)Mg、Si微合金元素的添加以及深冷预处理对Cu-Cr-Zr合金时效动力学行为均产生影响:Mg、Si微合金化使Cu-Cr-Zr合金的TTT曲线大幅右移，增加了孕育时间，推迟了相析出过程，使合金不易产生过时效现象;而深冷预处理则使Cu-Cr-Zr合金的TTT曲线鼻尖温度稍微上移。

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