Cu-Cr原位复合材料组织性能研究

采用感应加热熔炼及通过热锻和线拉变形结合中间热处理制备了Cu-15%Cr原位复合材料,用SEM和TEM等技术对形变Cu-Cr原位复合材料的Cr纤维形成过程、立体形态进行了分析.结果表明,在变形过程中Cr树枝晶发生转动,平行于线轴方向排列;Cr纤维立体形态则为卷边的薄片状.测定了形变Cu-Cr原位复合材料的抗拉强度,分析表明,强度随变形量的增加而提高,与纤维相间距呈Hall-Patch关系.     

Cu-20vol%(Fe-Cr)原位复合材料中Cr元素的作用

通过冷拔变形制备了Cu—20vol％(Fe—Cr)和Cu—20vol％Fe原位复合材料，研究了Cu—20vol％(Fe—Cr)中Cr元素的作用。结果表明，Cr元素主要存在于增强相Fe中，铜基体中几乎是不含Cr的。Cr元素固溶强化增强相比，使Fe—Cr相比Fe相具有更高的硬度。在拉拔变形过程中，Fe—Cr相比Fe相的纤维细化困难，在同等冷拔变形量时，Fe—Cr纤维比Fe纤维要宽。Cr元素的加入使Cu—20vol％(Fe—Cr)具有比Cu—20vol％Fe更高的力学稳定性。     

Cu-Cr-Zr形变原位复合材料的微观结构及热稳定性研究

采用真空熔铸与形变原位复合的方法制备了Cu-Cr-Zr形变原位复合材料.研究了Cu-Cr-Zr合金铸态、变形态和最终变形态经不同温度退火后材料的显微组织,测定了三种工艺的最终变形态经不同温度退火后材料的抗拉强度.结果表明,Cu-Cr-Zr合金经室温变形后,Cr相由铸态的树枝晶逐渐转变成细纤维状形,横截面呈薄片弯曲状,且应变量越大,纤维越均匀细化;随着最终退火温度的提高,Cu基体发生回复再结晶,Cr纤维逐渐分裂最终球化;Cu-Cr-Zr形变原位复合材料抗软化温度达到550℃.当退火温度低于600℃时,电导率随着温度的升高而增大,而当温度高于这个温度,电导率急速下降.     

形变Cu基原位复合材料热稳定性研究

利用光镜和扫描电镜观察了形变Cu 3Ag 10Cr原位复合材料 (η =3 95 )退火时Cr纤维形态的变化 .研究发现 ,Cr纤维不稳定性表现为四个阶段 :纵向分裂、圆柱状化、断开、球化和粗化。分析了其机理并测定了断开动力学曲线。     

形变Cu-Cr原位复合材料中纤维相的热稳定性

研究不同温度时大变形Cu-15Cr-0.1Zr原位复合材料中Cr纤维的热稳定性,采用扫描电镜和透射电镜观察Cr纤维形态变化,测定Cr纤维的断开直径,并进行数值模拟.并根据模界面分裂模型计算了550～900 ℃时Cr在Cu/Cr界面的界面扩散系数.结果表明:高温条件下纤维的形态由片状到球体化断裂,其过程为,Cr纤维逐步形成空洞、纵向开裂、断开和球化;高温条件下纤维断裂受界面扩散控制.     

冷拉变形铜-铬双相合金的组织形态演变

通过冷拉变形结合中间退火的方法把Cu-Cr双相合金制备成纤维增强原位复合材料,用扫描电镜和高分辨透射电镜观察Cu-Cr双相合金在不同应变量下的组织形态变化.结果表明,随着应变量的增大,在垂直于拉拔方向上等轴状Cu相晶粒逐步细化,粒状Cr相晶粒逐步变薄,成为弯曲、扭折的薄片状;在平行于拉拔方向上Cu相与Cr相均逐渐伸长成纤维状.纵、横截面综合来看,Cu-Cr双相合金经冷拉变形后转变为丝状Cu纤维和丝带状Cr纤维的复合材料.Cu-Cr两相界面匹配关系为(111)Cu//(011)Cr,为共格或半共格界面;当应变量η=6.4时,纤维的长轴方向//[111]Cu//[011]Cr//拉拔轴.变形过程中Cu纤维形成了<111>织构,Cr纤维形成了<011>织构.     

不同凝固条件制备的Cu-Ag合金原位纤维复合材料的结构与性质

以冷却速率10^1～10^3K/s的不同凝固务件制备了Cu-10Ag合金及其原位纤维复合材料。研究了铸态和形变态合金的结构与性能。铸态合金的结构由Cu相、Ag沉淀相和(Cu Ag)共晶组成。通过大变形发展为Cu—Ag合金原位纳米纤维复合材料，其中由Ag沉淀相所形成的Ag纤维尺寸(d)与真实应变(η)呈指数函数关系：d=C.exp(-0．228η)，(Cu Ag)共晶中Ag层转变为更细的纳米Ag纤维。Cu—Ag合金原位纳米纤维复合材料显示了两阶段应变强化效应：在低真实应变阶段主要表现为加工硬化或位错强化，在高真实应变阶段主要表现为超细Ag纤维强化或界面强化。快速凝固的Cu—Ag合金原位纳米纤维复合材料比慢速凝固材料具有更高的包括极限拉伸强度和电导率在内的综合性能。在形变过程中复合材料的强度与电导率的演变出于相同的结构原因。     

Cr元素对Cu-Fe原位复合材料的电化学腐蚀行为的影响

采用选择腐蚀技术,提取了Cu—Fe原位复合材料中的纤维相,并测定了纤维相电极电位,同时通过极化曲线测定,研究了Cu-18wt％Fe、Cu-15wt％Fe、Cu-16wt％Fe-2wt％Cr三种原位复合材料在HSIO3^-和／或Cl^-介质中的电化学腐蚀行为。结果表明,在Cu-16wt％Fe-2wt％Cr原位复合材料中,由于Cr元素的加入,使Fe—Cr相纤维为阴极,基体铜为阳极,二者的自腐蚀电位起始电位差低于Cu—Fe原位复合材料,导致腐蚀电流显著降低。     

Cu-Ag合金原位纤维复合材料的形变特征

制备了Cu-10Ag合金及其原位纤维复合材料,观察与研究了铸态和形变态合金及复合材料的显微结构.铸态合金由Ag沉淀、(Cu Ag)共晶和Cu基体组成,其Ag相通过变形逐步形成纳米尺度Ag纤维,其平均直径可用真实应变η的幂指数d=d0·exp(-0.228η)拟合.复合材料的形变过程包含了滑移、孪生、位错增生与迁移以及Ag纤维与Cu基体间形成的共格位相关系和立方-立方协同形变机制.     

冷轧Cu-15Cr原位复合材料性能及Cr纤维相高温稳定性

采用冷轧变形结合中间退火得到形变Cu-15Cr原位纤维增强复合材料。利用扫描电镜、电子拉力试验机及数字微欧计研究退火温度对材料的Cr纤维形貌、抗拉强度及导电性能的影响。结果表明:Cr纤维的高温不稳定性是边缘球化和晶界开裂的结果;随退火温度升高,Cr纤维的高温失稳过程为Cr纤维发生边缘球化、球化向Cr纤维中心扩展、Cr纤维晶界开裂(三叉晶界处)、Cr纤维断裂。随退火温度升高,Cu-15Cr原位复合材料抗拉强度逐渐降低,导电率先逐渐升高,在550℃达到峰值84.4%IACS后迅速下降;经450℃退火,能得到具有较好综合性能的冷轧Cu-15Cr原位复合材料,其抗拉强度达到656 MPa,导电率达到82%IACS。     

Cu-Cr合金强化机制研究及其对导电性能的影响

采用真空铸造-固溶处理-冷轧-时效处理工艺制备了Cu-0．8％Cr合金。利用金相显微镜、透射电镜、选取电子衍射、硬度和电导率测试等手段考察了合金在不同处理状态下的组织和性能，定量分析了不同强化方式对合金硬度及导电性能的影响。结果表明：与固溶强化相比，析出强化方法更能有效强化合金，对导电性能影响也更小；形变强化能显著提高合金硬度，但对导电性能几乎无影响；大预变形、短时时效是合金获得较高综合性能的有效手段。     

形变铜基原位复合材料的研究现状与发展前景

高强度高电导率形变铜基原位复合材料是一类具有优良综合物理性能、力学性能和应用潜力的功能材料,其突出的特点是具有超高的强度和良好的电导率。结合制备Cu-15％Cr（质量分数）合金原住复合材料,阐述形变铜基原位复合材料目前的研究状况。介绍该类材料的组织演变、结构、强化导电机理和综合性能特点,同时对其制备工艺进行了介绍。指出这类材料的发展方向为高性能Cu—Cr、CU—Fe系原位复合材料的开发以及该体系材料的工业化制备和应用。     

In-situ composite Cu-Cr contact cables with high strength and high conductivity

In order to develop a new type of contact cable with high strength and high electrical conductivity, Cu-Cr alloy series were selected as materials and Cu-Cr alloy castings were produced by means of directional solidification continuous casting (DSCC) process. The results show that the fibrillar strengthening phase, 13-Cr, orderly arranges among the copper matrix phase along the wire direction; and a microstructure of in-situ composite forms, which retains the basic property of good conductivity of the copper matrix and meanwhile obtains the strengthening effect of [3-Cr phase. The production technology as well as the mechanical property, electrical property, and synthetic property of the in-situ composite contact cables was discussed.     

Deposition Behavior and Characteristics of Cold-Sprayed Cu-Cr Composite Deposits

In order to explore the feasibility of cold spraying as method to prepare Cu-Cr composite, the deposition behavior was analyzed. The results show that particles parameters, such as morphology, size distribution and deformability, result in different deposition behavior. For Cu, since plastic deformation easily occurs, when a Cu particle impacts Cu substrate, both particle and substrate at the interface undergo extensive deformation, resulting in the greater bond probability. Although the velocity of Cr is higher than that of Cu, Cr particles have lower bond probability because of its hardness and fragility. Cr particles are embedded in the Cu particles. The properties of Cu-15%Cr meet industrial standard, superior to the composite prepared by explosive compaction. The results reveal cold spraying can be considered as a suitable technology for Cu-Cr composite.     

磁控溅射Cu-Cr合金薄膜与Sn-Ag-Cu焊料在时效处理时的界面反应

采用磁控溅射的方式沉积不同Cr含量的Cu-Cr合金薄膜,通过与Sn-Ag-Cu(SAC)焊料在240 ℃下回焊形成焊点结构,然后将试样置于180 ℃下进行真空时效处理。研究Cu-Cr合金作为凸点下金属化(UBM)层时与SAC形成焊点的焊接可靠性。使用配备能量色散X射线光谱仪的场发射扫描电镜和多功能推力测试仪等分析界面金属间化合物(IMC)的形貌及焊点的剪切强度。结果表明,SAC/Cu-Cr焊点结构在回焊后形成了不同于传统的SAC/Cu焊点扇贝状IMC的针状IMC。在时效处理后,Cr在晶界处的偏析形成了富铬层,其作为扩散阻挡层阻碍Cu扩散到IMC中,使得Cu₃Sn和柯肯达尔空洞的生长受到抑制。剪切强度测试结果表明,回焊后SAC/Cu-Cr试样比SAC/Cu试样具有更高的剪切强度。Cr靶电流为1.5 A的Cu-Cr合金UBM层形成的焊点结构具有较小的IMC厚度,且拥有最高的焊点剪切强度。证实了Cu-Cr 合金UBM层有利于提高焊接可靠性。     

合金元素及中间退火对Cu-Cr系形变原位复合材料组织和性能的影响

采用冷拔结合中间退火工艺制备出Cu-13%Cr-0.24%Zr、Cu-15%Cr-0.24%Zr和Cu-15%Cr形变原位复合线材。研究了Cr含量、Zr元素、中间退火温度及次数对线材极限抗拉强度及导电性能的影响。结果表明:Zr元素可显著提高材料的强度,且对其导电性能影响不大;提高Cr元素含量,对材料的强度有一定贡献,但效果不明显。增加中间退火次数和提高中间退火温度都会使材料的极限抗拉强度降低,导电率升高。本实验中,通过两次500oC中间退火工艺制备的Cu-15%Cr-0.24%Zr线材获得较为优异的综合性能,抗拉强度达到1056MPa,导电率达到73%IACS。     

Cu-Cr复合材料的燃烧合成-熔铸过程的研究

提出了制备大功率真空断路器中Cu-Cr触头复合材料的燃烧合成-熔铸工艺.通过对CuO-Cr2O3-Al反应体系的热力学计算,分析了该体系发生燃烧合成反应并形成Cu-Cr合金熔体的可行性,研究了熔体的凝固过程和最终获得材料的显微组织.结果表明,以廉价的CuO、Cr2O3、和Al粉为原料,利用燃烧合成-熔铸工艺可以制备晶粒细小的Cu-Cr复合材料.     

Mechanical properties of a composite Cu-Cr alloy obtained in-situ by directed solidification

The structure and mechanical properties of a composite alloy of the Cu-Cr system created in-situ by the method of directed solidification in a heated mold of a continuous casting installation are studied.     

形变Cu-Cr-Ag原位复合材料组织和性能

采用熔铸-中间热处理-形变工艺制备了形变Cu-7Cr及Cu-7Cr-0.07Ag原位复合材料,利用光学显微镜、扫描电镜、数字微欧计及液晶电子拉力试验机研究了Cu-7Cr及Cu-7Cr-0.07Ag合金的微观组织、力学性能和导电性能。结果表明,微量Ag的加入使Cu-7Cr合金铸态组织枝晶臂直径更小,相同应变量下形成的纤维更加细小均匀,材料的强度显著提高,电导率略有上升,延伸率小幅提高。