稀土Y对铜线材抗氧化行为的影响机理研究

目的针对纯铜线材的抗氧化性能不足问题,通过稀土微合金化制备了含微量Y元素的铜线材,研究稀土Y含量对铜线材抗氧化性能的影响。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和X射线衍射仪等表征手段,分析了氧化膜脱落后基体表面形貌以及稀土Y元素在氧化过程中的存在形式与氧化膜的生长过程,揭示了添加稀土元素Y提高纯铜抗氧化性能的作用机理。结果稀土Y的引入提高了纯铜线材的抗氧化性能,在600℃、10 h条件下,Cu-0.03Y线材相对于Cu线材氧化增重率由0.55%降低至0.2%,降幅达63%。稀土元素Y的添加使铜线材的(100)晶面占比减少,(111)晶面占比增多,基体表面易被活化的(100)原子面占比降低,铜线材的抗氧化性能提高。在Cu-0.1Y线材中稀土元素浓度较高时发生偏聚,稀土元素与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力,偏聚处形成不连续的稀土氧化物,使氧离子与铜离子的接触反应面积增大,相比Cu-0.03Y线材抗氧化性能降低。结论氧化过程中稀土离子的扩散速率慢、半径大,对铜离子的向外扩散起到阻碍作用,降低了铜离子的扩散速度,提高了铜线材的抗氧化性能。

铸态Cu-1.16Ni-0.36Cr合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,研究了Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在变形量为50%、变形温度为750~950℃、变形速率为0.01~10 s^(-1)下的热压缩变形行为,建立该合金热变形的本构方程和热加工图。结果表明:Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在700~900℃的变形温度下以动态回复为主,在950℃下发生完全的动态再结晶。通过真应力应变曲线得到了该合金热变形的本构方程和热加工图。根据应变对流变应力的影响对本构方程进行修正,通过修正后的回归方程对流变应力进行模拟,模拟结果与实验结果吻合。热加工图表明,该合金适宜的热变形工艺参数为900~950℃和0.1~1 s^(-1),其中950℃和1 s^(-1)变形条件下组织状态最佳,为晶粒细小均匀的等轴晶。

基于二元堆积理论高致密CuW复合材料制备及耐电弧侵蚀性能研究

目的提高CuW复合材料的致密度及耐电弧侵蚀性能。方法基于二元堆积理论设计并制备了双粒径W颗粒混杂CuW75复合材料,通过微观组织表征、硬度测试、导电率测试及密度测试,重点对比研究了单粒径CuW75复合材料和双粒径混杂CuW75复合材料致密性和微观组织的内在关联,并通过电接触实验研究了双粒径混杂CuW75复合材料耐电弧的侵蚀性能。结果双粒径混杂CuW75复合材料微观组织均匀,W相及Cu相网络连通程度高,致密度高达99.79%,较CuW75复合材料国家标准致密度提升了2.9%,硬度较CuW75复合材料国家标准提升了6.7%。电接触实验结果表明,双粒径混杂CuW75复合材料熔焊力波动幅度小,平均熔焊力(35.06cN)较1μm单粒径CuW75复合材料的降低了11%;平均燃弧能量(147.29mJ)及平均燃弧时间(2.53ms)较1μm单粒径CuW75复合材料的分别下降了38%和36%。双粒径混杂CuW75复合材料受电弧侵蚀面积小,侵蚀坑较浅,耐电弧侵蚀性能优异。结论双粒径混杂W颗粒制备CuW复合材料可以明显提升材料的致密度及微观结构连通性。双粒径混杂CuW复合材料可以更好地分散电弧,具有优异的抗熔焊性能及耐电弧侵蚀性能。

海洋工程用铜镍合金的腐蚀与防护研究进展

铜镍合金因具有良好的耐海水腐蚀性能、高的传热系数、优良的抗微生物附着性能和冷热加工性能,被广泛应用于船舶海水冷凝系统、滨海电厂的热交换器等海洋工程领域。本文围绕海洋工程用铜镍合金的腐蚀行为,首先概述了铜镍合金铸态、变形态及热处理的组织结构特点,接着归纳分析了合金元素、温度、pH值和硫离子对铜镍合金耐蚀性的影响,重点综述了合金化法、牺牲阳极法、缓蚀剂法、防腐涂料法和膜技术等铜镍合金耐蚀性的提升方法,最后展望了海洋工程用铜镍合金的发展趋势。

C18150合金冷轧时效过程中微结构及性能演化机理

采用能谱仪、透射电子显微镜、电子背散射衍射等多尺度表征方法,研究了不同冷轧变形量及时效处理对C18150合金微结构的影响,并对过程中的力学和导电性能进行了系统分析。结果表明:经过不同冷轧变形和时效处理,C18150合金的硬度从141.0 HV增加到183.9 HV和186.5 HV,导电率从49.8%IACS提高到77.1%IACS和82.7%IACS。电子背散射衍射观察显示,侧面晶粒尺寸逐渐减小。处理后试样的变形织构强度提升,Brass织构占比增加,几何必须位错密度分布均匀化。析出相数量增多,呈椭球状和长条棒状,平均尺寸逐渐减小,析出相与基体逐渐从半共格转变为共格关系。

附载体极薄铜箔中新型无机/有机复合剥离层的研究

[目的]剥离层是成功制备和应用附载体极薄铜箔的关键所在。针对目前单一无机或有机剥离层存在的问题,开展了无机-有机复合剥离层的研究,以期实现载体箔/剥离层/极薄铜箔的多界面剥离强度的差异化控制。[方法]首先电沉积制备了35μm厚的铜箔为载体箔,然后依次电沉积Zn-Ni合金层和浸镀2-巯基苯并咪唑(2-MBI)有机层,构建了无机/有机复合剥离层,最后在复合剥离层上电沉积极薄铜箔,制备出附载体极薄铜箔。[结果]Zn-Ni合金层浸镀于2-MBI中时,2-MBI分子可通过其N原子和S原子与Zn、Ni发生键合而锚定在合金层表面,进而构成Zn-Ni合金/2-MBI复合剥离层,令载体箔与极薄铜箔之间的剥离强度适中(约0.083N/mm),且两者剥离后极薄铜箔的光面无Zn-Ni合金残留。[结论]采用无机/有机复合剥离层可实现载体箔/剥离层/极薄铜箔多界面剥离强度的差异化控制,为成功制备附载体极薄铜箔奠定了基础。

冷轧变形量对Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织和性能的影响

为进一步提升Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的力学性能,本文采用内氧化法制备了Cu-0.57wt%Al_(2)O_(3)复合材料,研究了不同冷轧变形量对Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的显微组织、导电率、力学性能的影响,重点探讨了不同变形量下复合材料强化机制的贡献。结果表明:随着冷轧变形量的增加,Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的晶粒逐渐变为细长纤维状结构,平均晶粒尺寸由2.82μm(原始态)减小到0.56μm (90%变形量)。随着冷轧变形量的增加,Al_(2)O_(3)/Cu复合材料力学性能逐渐提升,60%变形量时达到峰值,强度和硬度分别为544 MPa和HV156,分别提升了35%和14%,而导电率仅从85%IACS减小到83%IACS。这是由于冷变形过程中,纳米级Al_(2)O_(3)颗粒与位错交互作用逐渐增强,晶界强化和位错强化对强度的贡献逐渐增大,分别由160MPa增加到264MPa和47 MPa增加到141 MPa。当变形量超过60%时,晶粒尺寸(0.56μm)与位错密度(3.5×10^(14)m^(-2))趋于稳定,位错强化与晶界强化对强度的贡献达到顶峰,力学性能最佳。

低轮廓电解铜箔表面微细粗化工艺研究

目的针对低轮廓电解铜箔剥离强度不足的问题,进行铜箔表面微细粗化处理研究,通过在铜箔表面生成可控形态的针状结构粗化层,以期在不影响低轮廓铜箔表面整体轮廓的条件下,提高铜箔的抗剥离性能。方法采用电化学微细粗化法,以NaOH和K_(2)S_(2)O_(8)的混合溶液为粗化电解液,研究电流密度、NaOH浓度及K_(2)S_(2)O_(8)浓度等主要工艺参数对铜箔表面针状结构形貌、粗糙度及铜箔剥离强度的影响。结果经过微细粗化处理后,低轮廓电解铜箔表面形成了针状多面体结构,在粗化电流密度为1.5 A/dm^(2)、粗化液中NaOH质量浓度为100 g/L、K_(2)S_(2)O_(8)质量浓度为20 g/L的条件下,粗化层形成的针状多面体结构致密且均匀,铜箔的剥离强度提升至0.48 N/mm。结论通过电化学微细粗化法,在低轮廓电解铜箔表面成功制备了针状结构的粗化层,通过优化微细粗化工艺参数,实现了铜箔表面针状结构粗化层的可控制备,在保证铜箔低表面粗糙度的同时,有效提高了铜箔的剥离强度。

铜-锌合金电沉积及脱合金化法制备多孔铜箔

[目的]纳米多孔铜由于其开放的多孔结构、较高的比表面积、较低的密度等独特的理化性能,在储能、催化剂、传感器等领域有巨大的应用潜力。为了解决金属锂作为锂离子电池负极材料时存在的锂枝晶及安全问题,采用脱合金化法制备多孔铜箔成为近年来的研究热点。[方法]先以钛板为基体电沉积铜箔基底,接着电沉积Cu-Zn合金,再脱合金化处理得到多孔铜箔。重点研究了工艺参数对Cu-Zn合金镀层形貌、结构和性能的影响。[结果]Cu-Zn合金电沉积的较优工艺条件为:电流密度1.0 A/dm^(2),温度40℃,时间20 min。该条件下所得Cu-Zn合金镀层表面平整、结构均匀、形成单一合金相,经脱合金化处理后Zn元素的去除率为70.6%。[结论]采用电沉积+脱合金化的方法有望制得孔径均匀的多孔铜箔,但会产生裂纹,有待进一步研究和改善。

钛微合金化新型模具钢成分设计及组织性能分析

应用JMatPro软件对添加不同质量分数Ti的H13钢进行模拟计算,根据计算结果设计含不同质量分数Ti的新型模具钢,分析含不同质量分数Ti的H13钢热处理后的力学性能及微观组织。研究结果表明:添加Ti质量分数小于0.600%较为合理。试验范围内含微量Ti的H13钢淬回火后室温抗拉强度、硬度和塑性,随着Ti质量分数的增加先增加后减小。当Ti质量分数为0.127%时,性能达到最佳,室温抗拉强度和硬度分别达到最高值1 788 MPa和51.5HRC,较不添加Ti的H13钢分别提高264 MPa和3.7HRC,断面收缩率由35.0%提升到47.0%。Ti质量分数分别为0%、0.044%和0.127%的H13钢淬回火组织为回火索氏体和回火屈氏体混合组织,Ti质量分数为0.325%和0.536%的H13钢淬回火组织为回火索氏体。

尺寸效应下Cu-Ag合金强度的神经网络预测

建立了基于尺寸效应的Cu-Ag合金抗拉强度反向传播神经网络和粒子群优化神经网络模型,将神经网络模型应用于Cu-Ag合金微细丝抗拉强度的预测。进行不同线径和银含量(质量分数)的Cu-Ag合金微细丝拉拔和微观组织试验。试验结果表明:铸杆微观组织由共晶树枝晶和共晶群体组成。拉拔变形量达98.06%时,枝晶组织基本消失,以变形态的细小等轴晶组织为主,且均匀致密。抗拉强度随线径减小持续增加,当线径小于1 mm时,合金的抗拉强度迅速增大,表现出明显的尺寸效应。确定神经网络模型最优拓扑结构为2-10-1,两种神经元网络模型样本数据的相关系数分别为0.794和0.907,粒子群优化-反向传播(PSO-BP)人工神经网络模型测试样本最大相对误差绝对值为3.3%,能准确预测Cu-Ag合金的抗拉强度。

含Pd涂镀液润湿性能的调控及对镀层均匀性的影响

溶液涂镀镀层技术中,镀液的润湿性能对镀层纳米粒子在基体上的分布均匀性起着至关重要的作用。本研究在制备了含Pd纳米粒子的镀液基础上,考察了6种表面活性剂,即聚乙烯吡咯烷酮、油酸、油胺、十二硫醇、十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基苯磺酸钠等对涂镀液的表面张力及在Cu基体上润湿角的影响,并利用扫描电镜对形成的镀层中Pd纳米粒子的分布以及镀液中Pd纳米粒子的含量对镀层的影响进行了表征。实验结果表明,在所研究的六种添加剂中,十二烷基苯磺酸钠可以显著降低含Pd镀液的表面张力和在Cu基体上的接触角,在其添加量为560 mg/L和镀液含Pd量为60 mg/L时,可在基体表面形成均匀分布的Pd镀层。

回火温度对4Cr5MoSiV1Ti钢组织性能的影响

采用真空感应炉熔炼新型4Cr5MoSiV1Ti热作模具钢,研究了回火温度对其力学性能、断口形貌及显微组织的影响。结果表明:随回火温度升高,4Cr5MoSiV1Ti钢的抗拉强度先上升后降低,回火温度为520℃时,抗拉强度最高,伸长率和断面收缩率先略有减小后大幅增加;4Cr5MoSiV1Ti钢拉伸断口均为解理刻面断裂,但随回火温度升高,断面从与拉伸轴垂直的方向转变为与拉伸轴呈45°夹角,且等轴状和抛物线状韧窝逐渐增加,同时碳化物的析出数量增多、尺寸增大。

多道次拉拔对Cu-1Ag合金微细丝线组织及性能研究

采用三室真空熔炼气体保护冷型竖引连铸制备Cu-1Ag合金铸杆,通过多道次拉拔制备Cu-1Ag合金微细线。研究了应变对Cu-1Ag合金微细线的力学性能和导电性能变化规律。结果表明:ф7.8 mm铸杆具有连续纵向柱状晶组织,经多道次拉拔变为纤维状组织。Cu-1Ag合金的抗拉强度随着应变的增大而增大。当应变为11.93时,抗拉强度和电导率分别为963 MPa和92.8%IACS。其强度比纯Cu的抗拉强度提高了37.6%,而保持与纯Cu相近或相当的伸长率为2%。Cu-1Ag合金电导率随着应变的增大呈先减小后稳定的趋势,并建立了合金导电率与应变之间的关系。

材料与化工专业教学案例库的设计与开发

基于材料与化工专业学位课程培养目标,结合我校实际情况,进行教学案例库的设计与开发。教学案例库设计内容涵盖特种材料设计及制备案例、金属定向凝固及连铸技术案例和复杂模锻件塑性成形技术案例,采用C#WinForm控件创建操作界面,通过二次开发实现案例中文档、PPT文件、动画、影像资料的链接。案例库界面友好,操作方便,便于线上、线下教学使用,教学效果优良。

先进铜合金材料发展现状与展望

本文针对我国电工电子、新一代移动通信、新能源汽车、航空航天、轨道交通等新兴产业和重大工程领域对先进铜合金材料的典型需求,梳理了国内外高强高导铜合金、耐磨耐蚀铜合金、超高强弹性铜合金、先进铜基复合材料、高精度铜及铜合金细微丝、超薄箔材的发展现状和差距。在此基础上分析了上述先进铜合金的典型市场需求,论证了我国先进铜合金材料的中长期发展目标和关键技术。研究还提出了促进"产学研用管"的统筹规划和一体化发展,提升装备开发、技术研发和市场拓展能力,强化产品标准研究与制定,建立青年科技骨干人才培养体系的产业发展建议。期望以国民经济重点领域和国防建设需求为导向,通过铜合金材料、装备、技术、产业化等自主创新体系的完善,促进我国先进铜合金材料绿色、高端、智能发展。

关键参数对铜银合金丝线材拉拔力的影响

拉拔力是影响丝线材拉拔稳定性的关键因素,也是设计及选用拉丝机的主要技术参数。本文基于DEFORM-3D有限元分析软件建立了铜银合金拉拔有限元模型。对不同材料参数、不同入模角、摩擦因数和不同定径区长度等条件下的拉拔过程进行了研究,分析了加工硬化指数、入模角、摩擦因数和定径区长度变化对拉拔力的影响规律,并验证了模型的可靠性。研究结果表明:随着硬化指数的减小,稳态拉拔力逐渐增大。当入模角为12°时,拉拔力最小,为最佳模角。随摩擦因数的增大,稳态拉拔力呈增大趋势,且当摩擦因数为0.1时,拉拔力波动剧烈。定径区长度的变化对稳态拉拔力影响不明显。

不同温度退火后Cu-Ag合金的组织和性能

采用连铸法结合冷拉拔与中间软化处理制备Cu-4Ag和Cu-20Ag合金,研究了合金在不同温度(440,480,520℃)退火后的显微组织、硬度和导电率。结果表明:退火后,富银相在Cu-4Ag和Cu-20Ag合金横截面上分别呈细小的颗粒状和连续的网状结构,在合金纵截面上均呈纤维状。与Cu-4Ag合金相比,Cu-20Ag合金的富银相较多,硬度较高,导电率较低;随退火温度升高,2种合金的硬度降低,导电率增大,480℃退火后二者的导电率和硬度均最接近;在480℃退火时Cu-20Ag合金的导电率和硬度达到最优匹配。

氯离子质量浓度及电场强度对电解铜箔性能的影响

针对电解铜箔生产过程中表面形貌和力学性能差的问题,采用明胶作为添加剂,通过直流电沉积Cu+方法制备了厚度为8μm的电解铜箔,分析了盐酸中Cl^(-)与有机物(十六烷基三甲基氯化铵)中Cl^(-)对电解铜箔表面形貌和力学性能的影响。通过ANSYS Maxwell软件模拟电场强度解释铜箔边缘镀层粗糙的原因。研究结果表明:有机物中的Cl^(-)比盐酸中的Cl^(-)更能提高电解铜箔的表面形貌和力学性能,由于阴极板边缘部分的电场强度高于极板中央位置,导致铜箔边缘镀层较为粗糙。当添加有机物中的Cl^(-)的质量浓度为2 mg/L时,电解铜箔光亮度最佳,均匀致密,粗糙度R_(z)为3.6μm,晶粒尺寸细小,为31 nm,抗拉强度达到380.9 MPa。

低轮廓电解铜箔制备工艺参数的优化

采用直流电沉积法制备了低轮廓电解铜箔,在仅以明胶作为添加剂的情况下研究了钛基体(阴极)表面粗糙度、电流密度、硫酸质量浓度、铜离子质量浓度、电解液温度等工艺参数对铜箔表面形貌及粗糙度的影响。确定最佳的工艺条件为:钛基体表面粗糙度(Rz)1~2μm,电流密度4.0 A/dm^(2),硫酸100 g/L,铜离子60 g/L,电解液温度37°C。所得铜箔表面形貌良好,粗糙度(Rz)小于1.8μm。