T6态热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金的低周疲劳行为

为了揭示经过T6处理的热挤压Al-5Cu-0.8Mg-0.15Zr-0.2Sc-0.5Ag合金在不同温度下的低周疲劳变形与断裂行为,对T6态热挤压合金进行了室温和200℃条件下的低周疲劳实验。结果表明:在室温和200℃下合金塑性应变幅与载荷反向周次之间服从Coffin-Manson公式,而弹性应变幅与载荷反向周次之间服从Basquin公式;合金在室温和200℃下低周疲劳变形时,在较低外加总应变幅下疲劳变形机制主要为平面滑移,而在较高外加总应变幅下疲劳变形机制主要为波状滑移;室温和200℃下合金的疲劳裂纹均萌生于疲劳试样表面并以穿晶方式扩展。

Ag含量对低合金化Cu-Ag合金拉拔线材组织和性能的影响

采用热型水平连铸技术制备Ag含量分别为0.6%、1.0%、2.0%和4.0%的Cu-Ag合金杆坯,并将d 16.0 mm杆坯拉拔加工成d 1.0 mm的线材,利用透射电镜分析其微细组织,并测试导电和力学性能。结果表明:拉拔线材由平行于拉拔方向的纤维晶组成,Cu-0.6Ag合金线纤维晶平均宽度约为340 nm;随着Ag含量增加,纤维晶尺寸减小,Cu-4.0Ag合金线纤维晶平均宽度为115 nm。纤维晶存在显著的〈111〉取向,纤维晶晶界主要为由位错塞积形成的小角度晶界,晶内存在大量位错,并发现少量的孪晶。随着Ag含量增加,Ag元素分布由局部富集转变为Ag相析出。Cu-0.6Ag和Cu-4.0Ag合金线材导电率随Ag含量的增大而减小,分别为91.2%IACS和79.5%IACS。Cu-0.6Ag和Cu-4.0Ag合金线材抗拉强度随Ag含量的增加而增大,分别为402.6 MPa和702.9 MPa。抗拉强度提高的主要原因是细晶强化和Ag相沉淀强化作用。

退火温度对小变形拉拔Cu-0.08Ag合金组织性能的影响

目的在分析变形量为25%的小变形拉拔加工Cu-0.08Ag合金组织与性能的基础上,研究不同退火温度对小变形拉拔Cu-0.08Ag合金微观组织、力学性能和导电性能的影响规律,为Cu-Ag合金电磁线漆包工艺的制定提供参考。方法利用电子背散射衍射(EBSD)技术对Cu-0.08Ag合金小变形拉拔及200~500℃不同温度退火1 h后的样品进行组织表征,结合显微硬度计、拉伸试验机和电阻计等手段对性能进行综合分析。结果经变形量为25%的小变形拉拔后,Cu-0.08Ag合金等轴晶组织部分晶粒沿变形方向被拉长,<111>和<100>取向占比均增大,应力集中分布在<111>晶粒内,屈服强度提高了270%,而电导率仅下降了4.1%IACS。小变形拉拔Cu-0.08Ag合金的软化温度为350℃。与小变形拉拔态相比,在300℃及以下退火时显微组织和力学性能未发生明显变化,而电导率提升了2.9%IACS。在400℃及以上退火时,无畸变的等轴晶粒取代变形晶粒,并产生大量的退火孪晶,晶粒取向随机分布,力学性能和电导率与小变形拉拔前的相当。结论在300℃以下退火后,小变形拉拔Cu-0.08Ag合金在保持较高屈服强度的同时,其电导率也获得了提升,可获得强度和电导率良好的匹配关系。

Mg、Si含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金析出相的影响

研究了Mg、Si元素含量对Al-Cu-Mg-Ag-Si合金实际析出相种类及性能的影响。结果表明,Al-Cu-Mg-Ag-Si合金中高Mg含Si合金析出了大量S相和粗大的第二相;低Mg低Si合金中析出了常见的θ相和Ω相;低Mg含Si合金中出现了6系铝合金中常见的σ相和β″相等多种析出相,且具有非常细小弥散的θ相,为合金提供了良好的强化效果。Si和Mg的存在均极大地改变了合金的析出序列,无法通过增加Mg含量抵消Si的作用。Si的加入显著抑制了Ω相的析出,而大幅增加Mg含量则会促进S相的析出。

Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为和力学性能的影响

借助光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),场发射扫描电镜(SEM-EDS)和透射电镜(TEM)研究Cr对Al-CuMg-Ag合金铸态组织和双级均匀化后弥散相分布、尺寸和数量密度的影响,并采用高通量等温压缩实验研究不同等效应变下Cr对Al-Cu-Mg-Ag合金动态再结晶行为的影响。结果表明:均匀化阶段除析出棒状T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相外,还出现平均直径和数量密度分别为67.4 nm和4.7μm^(-2)的球状Al7(Cr, Mn)弥散相,Cr与Mn相反的平衡分配系数(K_(Mn)<1_(vs) K_(Cr)>1)将无弥散相析出面积分数从29.5%降至13.8%,棒状的T-Al_(20)Cu_(2)Mn_(3)弥散相平均长度从275.4 nm减小至147.3 nm,数量密度从3.5μm^(-2)增至10.4μm^(-2)。EBSD和拉伸实验结果表明,Al7(Cr, Mn)弥散相对位错运动阻碍作用减少热压缩过程中小角度晶界向大角度晶界的转变,抑制动态再结晶。Cr的添加提高Al-Cu-Mg-Ag合金不同温度下的力学性能,在25,250,300℃下Al_(7)(Cr,Mn)弥散相对合金屈服强度的贡献值分别为21.9,16.2 MPa和15.3 MPa。

铬含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响

研究了Cr含量对Al-Cu-Mg-Ag合金微观组织和热暴露性能的影响。结果表明,随着Cr含量增加,合金室温强度呈先上升后下降的变化趋势,含0.2%Cr的合金表现出优异的室温力学性能。透射定量计算结果表明,向合金中添加0.2%Cr,促进了热暴露后合金中Ω相的析出,提高了Ω相的抗粗化性能。Cr添加量超过0.3%后,合金晶界处析出(Al,Cr,Mn,Ti)富集相,导致晶粒粗大。

电镀参数对电沉积Sn-Ag-Cu合金镀层的影响

采用自主研发的甲磺酸锡银铜电镀液在黄铜基体上制备了Sn-Ag-Cu合金镀层。通过扫描电子显微镜(SEM)及其自带的能谱仪(EDS)分析了电镀工艺参数对Sn-Ag-Cu合金镀层的成分、表面形貌以及镀层厚度产生的影响。结果表明,当电流密度为4 A/dm^(2)、温度为25℃及pH为5.5时,可获得结晶较细且致密,表面平整光亮且厚度均匀的Sn-Ag-Cu合金镀层。

Al-Cu-Mn-Fe-Ag-Zr合金的微观组织与室温和高温性能研究

Al-Cu合金具有低密度、耐热性好和潜在的高温稳定性等优点,广泛应用于汽车和航空航天等领域。为提高Al-Cu基铸造合金的耐热性能,本文制备了质量分数为Al-4%Cu-0.5%Mn-0.1%Fe-0.4%Ag-0.3%Zr(简称AC)的合金。采用OM和SEM分析了合金的微观形貌及化学成分,采用XRD分析了合金的物相结构,采用EBSD研究了晶粒形态与尺寸分布,采用TEM分析了合金在时效处理后的微观组织和析出相形态,采用高低温拉伸试验机进行了室温和高温力学性能测试。结果表明,AC合金在铸造过程中形成的金属间化合物主要包括Al_2Cu和Al_7Cu_2Fe,其中,Al_2Cu相在固溶处理后溶入基体中,并在时效处理后重新沉淀为θ′相,成为主要的强化相。此外,经T6热处理后,合金中还包含着T_(Mn)(Al_(20)Cu_2Mn_3)相,Ag元素固溶于铝基体中,而Zr元素则使得合金析出L1_2-Al_3Zr纳米相,其与θ′相存在位向关系。测试了合金在室温和高温(200、300和400℃)下的拉伸性能,对应屈服强度可分别达236、155、129和61 MPa。

Ti6Al4V磁控溅射沉积Ag-Cu涂层及其抗菌性能的研究

钛合金作为植入物广泛应用于医学领域,由于不具备抗菌性能,易造成人体受到细菌感染,随着医用材料对抗菌性能要求的日益提升,亟待开展钛合金抗菌性能研究,以拓展其应用范围。为改善钛合金Ti6Al4V的抗菌性能,采用磁控溅射技术优化工艺参数,在钛合金Ti6Al4V表面制备Ag、Ag-Cu涂层,采用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等表征手段对涂层的表面形貌、微观结构、化学成分分布等性能进行研究;通过体外抗菌活性试验对试样涂层进行抗菌性能检测。实验结果表明,溅射沉积Ag、Ag-Cu涂层对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抑菌率均为99.99%。由于涂层析出的Ag^(+)、Cu^(2+)起到了抗菌作用,以及Ag、Ti粒子发生了光催化作用,产生了抗菌效果。

Cu含量对Al-Cu-Mg-Ag合金力学性能和耐腐蚀性能的影响

Cu元素是Al-Cu-Mg-Ag合金的主要合金元素之一,对合金性能有重要影响。采用Cu元素质量分数分别为3.08%、3.39%、3.93%的3种Al-Cu-Mg-Ag合金,通过金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、常温拉伸力学性能测试和晶间腐蚀试验、电化学试验研究了Cu含量对合金的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能的影响。试验结果表明:随着Cu含量增加,铸态Al-Cu-Mg-Ag合金的晶粒尺寸逐渐减小,T8态处理的合金的屈服强度和抗拉强度提高,延伸率略有下降,合金中Ω相的数量增加;随着Cu含量增加,合金耐腐蚀性能先提升后下降,w(Cu)=3.39%的合金耐腐蚀性能相对较好。

Au-Cu-Pt-Ag合金带材组织和性能的研究

使用真空感应熔炼制备Au-Cu-Pt-Ag母合金,然后使用冷轧制备了Au-Cu-Pt-Ag合金带材。研究了30%~70%加工率和300~700℃热处理后合金带材的显微组织和力学性能。随着冷加工率由30%增加至70%,合金硬度由257HV增加至282HV。当加工率为70%时,硬度达最大值282HV。当热处理温度为600℃以上时,合金发生完全再结晶,形成均匀的等轴晶组织,合金硬度显著降低。在300℃进行0.5h、1h、2h、4h的时效处理,合金相发生有序转变,晶胞体积收缩,晶界逐渐粗化;随着时效时间由0.5h延长至4h,合金硬度先升高后降低,在2h时硬度最大值为323HV。

Cu-Ti-Cr-Mg合金在热机械处理过程中组织与性能演变

合金化是提高Cu-Ti合金性能的主要手段之一,有望获得高性能来替代Cu-Be合金。本文设计了一种Cu-4Ti-0.5Cr-1Mg合金,研究了热机械处理对Cu-Ti合金组织和性能的影响。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)对合金的微观结构及相组成进行分析,并测试了材料的力学性能和导电性。结果表明:Cr、Mg合金元素的加入未改变Cu-Ti合金的时效序列,但形成了Cr_(2)Ti金属间化合物,且长时间时效时抑制了β-Cu_(4)Ti相的析出。40%冷轧后,380℃等温时效1 h合金获得优良的综合性能,硬度和强度分别为350HV和1220 MPa,导电率为10.84%IACS。设计合金的超高强度主要归因于β'-Cu_(4)Ti弥散析出强化和加工硬化。

变形和热处理对Cu-0.26Cr-0.24Sn合金组织及性能的影响

采用气保护炉熔炼了Cu-0.26Cr-0.24Sn合金,而后对棒状铸锭依次进行了旋锻变形、固溶和时效处理,用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)以及透射电子显微镜(TEM)等手段,分析了不同旋锻变形量、固溶和时效条件下合金的微观组织及力学、电学性能。结果表明:旋锻变形后的晶粒组织随着变形量的增加而细化,提高了合金的强度,而导电率稍有下降;960℃保温1 h后微米级富Cr析出物充分固溶。固溶时效后发生再结晶并产生再结晶织构,平行于轴向的<111>晶向增加,再结晶织构的强度随旋锻变形量的增加而增加,可提高屈服强度,但降低伸长率。时效后纳米级的富Cr颗粒析出,硬度和导电率显著上升。合金经过75%的旋锻变形,在450℃时效2.5 h后,该合金的抗拉强度和导电率分别达到476.5 MPa、68.7%IACS,可获得较好的强度和导电率配合。

冷变形及时效处理对Cu-0.3Zr-0.2Cr合金组织与性能的影响

采用真空熔炼法制备Cu-0.3Zr-0.2Cr合金,将其热锻后在900℃进行固溶处理,随后进行轧制量30%与60%的冷轧处理,之后再对合金进行(400~550℃,0~360 min)的时效处理;对时效处理后合金进行性能测试及显微组织观察。结果表明:固溶后的合金再经过60%的冷轧+450℃时效120 min后拥有较好的性能,硬度可达179HV,抗拉强度为467 MPa,导电率为88.5%IACS,伸长率为12.1%,此时合金主要存在Copper织构;在450℃时效360 min后合金的主要织构转变为Brass织构,织构的转变对合金的延展性有一定的影响;时效处理后,基体析出大量纳米尺寸的Cr相,这导致合金的强度与导电率大幅升高。

Cu-Ag高强高导合金的研究现状与进展

现代能源、电力、机械、电子信息等产业的发展需要用到导电和力学性能优良的Cu基合金。具有弥散第二增强相分布的Cu基合金具有高导电性和高强度,可用于脉冲强磁场、高铁接触用线和航天等高科技领域。目前被广泛研究的Cu基二元合金有Cu-Nb、Cu-Ag、Cu-Cr和Cu-Zr等。其中Cu-Ag合金相比其他Cu基二元合金具有更高的导电性能和力学综合性能。然而,Ag属于贵金属,价格昂贵,Cu-Ag合金制备工艺流程长,成本高。因此,近年来寻找新型合金制备方法和与Cu-Ag合金相匹配的合金化元素成为了研究热点,研究者们不断尝试在合金中加入第三组元,从而降低合金中的Ag含量,提高合金的综合性能;同时,改进形变过程中的热处理工艺也对Cu基合金性能提升取得了一定效果。研究表明,增加Ag含量有利于合金强度的增加。采用定向凝固与冷变形相结合的制备工艺,可以大幅提高合金强度;采用水平连铸工艺,或在凝固过程中施加直流、交流磁场,均可使制备的Cu-Ag合金导电性能提高。目前,在Cu-Ag合金研究中加入的第三组元有Nb、Cr、Zr、W、Fe、稀土元素。富Nb相有良好的延展性,在拉拔过程中很容易演变为纤维,提高了合金强度;Zr、W元素能够抑制Ag的析出,从而提高合金的强度;Cr元素能使合金的耐磨性能提升2~3倍,但富Cr相的延展性相对较差。本文归纳了Cu-Ag高强高导合金的研究进展,分析了提高Cu-Ag二元合金和Cu-Ag系三元合金性能的方法以及面临的问题,以期为制备综合性能优良的Cu-Ag合金提供参考。

Cu-20%Ag合金冷拉拔变形过程导电特性研究

通过定向凝固+冷拉拔变形工艺制备了不同线径的Cu-20%Ag(质量分数)合金微细丝线材。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了不同线径的Cu-20%Ag合金线材的微观组织演变,发现在拉拔变形过程中,Cu-20%Ag合金线材内部晶粒不断细化,共晶区域较之铜基体区域更为明显,当真应变为8.13时线材内部的共晶纤维细化至平均宽度500 nm左右。研究了Cu-20%Ag合金冷拉拔变形过程中组织性能的演变规律,探明了其组织演变对导电率变化的影响机理。Cu-20%Ag合金在拉拔变形过程中晶粒的细化和破碎导致的晶界面积增加是导电率降低的主要原因。

Si的添加对Cu-Ni-Al合金显微组织和性能的影响

Cu-Ni-Al合金作为一种超高强、导电的弹性铜合金,在电子工业、航空航天、仪器仪表等方面应用广泛。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描透射电镜(STEM)对Cu-6Ni-2.76Al和Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金时效后的显微组织进行了研究。结果表明:Cu-6Ni-2.76Al合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+500℃×8 h时效处理后的综合性能较好,硬度为279.5 HV0.3,导电率为16.14%IACS,合金的强化相为纳米级球状颗粒γ′-Ni3Al相;Cu-6Ni-2.76Al-0.4Si合金在经过900℃×12 h均匀化退火+80%热轧变形+950℃×2 h固溶+50%冷轧变形+450℃×2 h时效处理后的综合性能优异,硬度为313.2 HV0.3,导电率为13.24%IACS,合金的强化相为纳米级颗粒γ′-Ni3Al相和δ-Ni2Si相。Si元素的添加对合金的导电率影响不大,但显著地提高了其峰值硬度,且缩短了达到硬度峰值所需要的时效时间,但也使得合金抗过时效能力下降。γ′-Ni3Al和δ-Ni2Si强化相与Cu基体的位向关系分别为:[001]_(Cu)∥[001]_(Ni_(3)Al)∥[001]_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(100)_(δ);(110)_(Cu)∥(110)_(Ni_(3)Al)∥(010)_(δ)。沉淀强化作用对合金性能的提升最显著。

0.2%Er对Al-6.5%Cu合金组织及性能的影响

稀土微合金化是提升铝合金性能的重要手段之一,为了研究稀土元素Er对合金的具体作用,采用扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、电子背散射衍射(EBSD)、透射电镜(TEM)和硬度等测试手段,研究了0.2%Er对Al-6.5%Cu合金性能的优化及其机理。结果显示,Er元素的引入降低了原有的晶粒择优取向现象,合金中织构的强度明显降低,有助于提高合金的塑性和韧性。同时Er元素促使晶粒细化,晶粒尺寸由60.10μm降低至23.8μm。在TEM测试中观察到棱柱状的Al 3Er粒子对位错具有阻碍作用,也观察到合金基体中出现均匀分布的细小弥散相,它可以促进时效过程中强化相的析出。添加Er元素后,不同状态的合金硬度也都有所提高。

时效时间对Al-Mg-Si-Cu铝合金表面阳极氧化膜微观结构及光泽度的影响

采用硫酸阳极氧化对经过180℃下4 h、10 h、30 h时效处理的Al-Mg-Si-Cu合金表面进行阳极氧化处理,探究不同时效时间对Al-Mg-Si-Cu合金阳极氧化膜层微观结构及其光泽度的影响。研究结果表明:与基体材料相比,不同时效时间合金阳极氧化后的光泽度均出现明显降低,且光泽度随时效时间增加先变大后减小;随时效时间增加,合金晶界析出相分别呈现连续—离散—连续的分布状态,其在阳极氧化过程中优先氧化溶解,使阳极氧化膜呈现沿晶界分布的孔洞特征,连续分布的晶界析出相引起的孔洞更明显,同时造成孔洞及其周围区域粗糙度增加,这是不同时效时间合金阳极氧化后光泽度出现差异的主要原因;基体中粗大的AlFeMnSi相会出现阳极氧化膜层中微米级孔洞,从而降低阳极氧化样品的光泽度,但时效时间对其没有明显影响。

复杂多组元Cu-Cr-Zr-Ni-Si-Co-Zn合金时效析出动力学研究

Cu-Cr-Zr及Cu-Ni-Si合金均为性能优异的引线框架材料,但二者性能均存在局限性。Cu-Cr-Zr合金具有优异的导电性能,但其强度偏低;Cu-Ni-Si合金具有极高的强度,但其导电性能一般。如果结合二者的优点,并通过后续工艺对其组织进行调控,则是制备高强高导铜合金的一条新路径。实验通过真空感应熔炼的方法制备了复杂多组元Cu-0.746Cr-0.217Zr-0.605Ni-0.109Si-0.177Co-0.085Zn(质量分数)合金,对其进行了不同工艺条件的固溶处理,并研究了不同固溶工艺条件下,合金时效过程中电导率及硬度的演化规律。结果表明:合金经1010℃×1.5 h固溶处理后,时效过程在500℃×3 h时,可获得较优异的综合性能,此时合金的硬度为HV 142.83,电导率为60.00%IACS。此外,根据Avrami经验方程描述了合金的时效析出过程,发现不同固溶工艺的合金在时效过程中,析出速率均随时效温度的提高而提高。