固溶处理及工艺路径对Cu-Ni-Si-Co合金板材性能的影响

目的系统探究了不同固溶温度及不同冷轧时效工艺对C7035合金力学性能与导电性能的影响规律。方法针对C7035合金进行了不同温度的固溶处理,并进行了冷轧以及不同温度的时效处理。对比一次时效的力学性能与电学性能差异性,并优化工艺路径。选择性能较为优异的样品观察其微观组织以及析出相。结果提高固溶温度可显著提升一次冷轧-时效合金的硬度、强度以及导电性,其中性能较为优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃时效3 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为241.2HV0.1、777 MPa、48.6%IACS。工艺优化后,较优异的工艺参数为960℃固溶1 h、冷轧90%、450℃预时效0.5 h、冷轧50%、450℃时效2 h,对应板材的维氏硬度、抗拉强度及导电率分别为252.8HV0.1、787 MPa、41.2%IACS。结论固溶温度越高,溶质原子溶入基体的数量越多,固溶后能观察到的第二相越少。960℃固溶后一次冷轧-时效的强度较高,与880℃固溶后一次冷轧-时效后相比,强度提高了约100 MPa,二次冷轧时效后,强度有进一步的提升。

溶胶-凝胶法制备高分散Ni-Cu/SiO_(2)促进间甲酚直接脱氧制甲苯

在木质素生物质衍生的酚类化合物加氢脱氧生产芳烃中,Ni基催化剂兼具经济性与活性,然而,在温和条件下会受到C—C氢解的影响。在此,采用溶胶-凝胶法制备了高分散的Ni/SiO_(2)、Cu/SiO_(2)和不同Cu含量的双金属Ni-Cu催化剂,并在350℃和常压条件下对其进行间甲酚加氢脱氧性能测试。尽管Ni粒径约为2nm的单金属Ni/SiO_(2)表现出高的活性和甲苯选择性,但C—C氢解生成甲烷和苯的反应仍然显著。对于双金属Ni-Cu催化剂,Ni和Cu相互作用并在还原后形成Ni-Cu合金。在最佳的双金属催化剂(Cu/Ni摩尔比约为3)上,甲苯在所有转化水平上都是主要产物。当间甲酚转化率为97.2%时,甲苯和芳烃的收率分别达到85.0%和91.6%。本征反应速率和活化能分析表明,Cu的引入通过抑制竞争性的C—C氢解反应,促进了直接脱氧生成甲苯。

高性能Cu-Ni-Si系合金研究现状及发展趋势

先进铜基材料具有广阔的市场及良好的发展前景。相比于Cu-Be, Cu-Fe-P, Cu-Cr等合金而言,Cu-Ni-Si系合金具有高强度、较高的导电率、良好的抗高温软化、抗应力松弛性能及低廉的价格等优点,广泛应用于机械制造、航空航天、交通运输、电子和电气工程等工业领域。本文首先介绍了Cu-Ni-Si系合金的发展现状,并从产品性能及产业化方面论述了国内外存在的差异。该合金发展趋势主要是朝着先进高强高导弹性铜合金方向发展,核心挑战是在提升强度的同时保持甚至提高导电性能,并且由于服役环境的复杂化及服役时间的延长,对于材料服役性能的可靠稳定性也提出了更为严苛的要求。最后从成分设计、加工及形变热处理工艺、时效析出行为、服役性能等方面综述了CuNi-Si系合金的研究现状,并针对目前该材料存在的不足,展望了高强度高导电铜合金的未来发展趋势。

均匀化退火对Cu-Ni-P合金组织和性能的影响

对铸态Cu-Ni-P合金进行了不同温度(850、900和950℃)保温不同时间(1、2和3 h)的均匀化退火处理,以确定合理的退火温度;在确定的合理温度下进行了不同时间的均匀化退火处理,以确定最佳的保温时间,进而得到合金最优的均匀化退火工艺。对比分析铸态和均匀化退火后Cu-Ni-P合金的组织和性能。结果表明:铸态Cu-Ni-P合金偏析严重,树枝晶杂乱分布,一次枝晶臂长明显大于二次枝晶臂,在枝晶间隙中存在着大量的第二相颗粒;铸态下合金导电率为49.5%IACS,硬度为85.6 HV,抗拉强度为204 MPa。均匀化退火能够显著消除Cu-Ni-P合金中的枝晶偏析,温度对枝晶偏析的改善效果大于保温时间,合金的最佳均匀化退火工艺为900℃×4 h;经最佳工艺处理后合金的导电率为38.9%IACS,硬度为113.8 HV,抗拉强度为290 MPa,与铸态相比,导电率有所下降,但抗拉强度和硬度分别提高了42.2%和32.9%。拉伸断口分析表明均匀化退火处理前后合金均属于韧性断裂。

形变热处理对Cu-Ni-Si合金组织性能的影响

借助扫描电镜、电子万能试验机、维氏硬度计和数字涡流金属电导仪等研究了冷轧变形量和时效对Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响。结果表明:冷轧态合金变形量越大,显微组织中晶粒沿着轧制的方向被拉得越长和越扁。当时效温度或时效时间增加到一定程度时,冷变形晶粒发生了回复再结晶,时效时间继续延长再结晶晶粒逐渐长大。冷轧态合金主要以脆性断裂为主,时效态合金以韧性断裂为主。当冷轧变形量为80.0%及经500℃×1 h时效后合金的综合性能最佳,电导率为46.37%IACS,显微硬度为236.14 HV0.1,抗拉强度为638.24 MPa,屈服强度为581.55 MPa,伸长率为5.77%。

基于机器学习的Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理晶粒尺寸预测

Cu-Ni-Co-Si合金在固溶处理后的晶粒尺寸会影响其服役性能。采用3种不同的机器学习方法——BP神经网络、随机森林、长短期记忆网络,分别建立了Cu-Ni-Co-Si合金固溶温度和固溶时间对固溶后晶粒尺寸影响的机器学习预测模型。对比分析3种不同机器学习模型的预测精度,发现BP神经网络模型预测精度最高,其平均相对误差为8.55%。随后采用遗传算法优化BP神经网络。结果表明,所建立的BPGA模型平均相对误差比BP神经网络模型降低了6.47个百分点,其平均相对误差为2.08%,能够有效地为Cu-Ni-Co-Si合金固溶处理工艺参数的选择提供指导。

Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr合金组织和性能的影响

采用大气熔炼制备了Cu-Ni-Cr-xMn(x=0、1、3、5、7和9 mass%)合金,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金显微组织和性能的影响。结果表明:铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金的组织由富Cu相(γ1)、富Ni相(γ2)和富Cr相组成,Mn的添加显著改变了Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中第二相的偏聚形式。Mn的加入使Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中的Cr元素在富Ni区显著聚集,富Ni区的Cr含量显著增高。随着Mn含量的增加,基体上结节状富Ni相(γ2)和富Cr相尺寸减小,分布更加均匀,大量细小富Cr第二相的存在显著提升了合金的力学性能。当Mn含量为3%时,小尺寸富Cr第二相开始在晶界处偏聚形成链状结构,对合金的力学性能产生了不利影响。当Mn含量为7%时,Mn原子固溶强化及第二相细化效果显著,合金的力学性能最佳,其硬度和抗拉强度分别为195.06 HB和401 MPa。

M2052阻尼合金化学镀Ni-Cu-P后摩擦磨损和冲刷腐蚀性能研究

在M2052阻尼合金上化学镀Ni-Cu-P镀层,1 h后获得了厚度为9.2μm的非晶镀层。随后分析了镀层的表面和截面形貌、元素组成和相结构。对比了施镀前后样品的表面能、摩擦磨损性能和耐冲刷腐蚀性能的变化。结果表明,在化学镀Ni-Cu-P之后,M2052合金的耐蚀性能提高,与基体相比,施镀后样品的耐磨性能和耐冲刷腐蚀性能有极大改善。

轧制形变热处理对Cu-Ni-Si系合金性能和微结构的影响

对比了Cu-Ni-Si合金二次固溶态(790℃×120 min)和大变形冷轧(98.42%累积变形量)+二次时效态(420℃×480 min)的强度、硬度、导电率等性能的变化规律,分析了两种不同形变热处理工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明:大变形冷轧+二次时效工艺条件下制备的合金平均晶粒尺寸为4.28μm;析出相主要由Cr3Si与Ni2Si构成,平均尺寸分别为65 nm和11 nm,呈弥散分布,且合金内出现大量纳米孪晶。累积大变形产生的形变强化和弥散分布的纳米级析出相形成的析出强化,以及大量纳米孪晶的形成,是Cu-Ni-Si合金力学性能显著提升的主要因素。大变形冷轧+二次时效处理后的合金导电率、硬度、抗拉强度、屈服强度分别为27.2%IACS,HV 231.98,707 MPa,703MPa,较二次固溶态合金分别提升了32.60%,94.67%,204.74%,575.96%。二次固溶态合金断口形貌主要由大而深的韧窝组成,大变形冷轧+二次时效态合金断口形貌主要由小而浅的韧窝组成,数量较多,分布致密。

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。

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。

热处理对Cu-Ni-Cr-Si合金性能提升的机理研究

为了深入了解Cu-Ni-Cr-Si系列合金的综合性能,对比分析了Cu-Ni-Cr-Si合金热处理前后合金的显微硬度、拉伸性能以及显微组织等的变化规律。研究发现,热处理后的Cu-Ni-Cr-Si合金的拉伸性能明显提升,显微硬度也呈现出相同的变化趋势。Cu-Ni-Cr-Si合金是典型的沉淀时效强化合金,热处理过程中溶质原子扩散,从而形成析出相,细小、弥散的析出相分布在合金的晶界中会阻碍位错运动,从而提高了合金的力学性能。显微组织研究发现,热处理后晶粒的尺寸显著变大,与此同时热驱动力促使析出相生成,一般为Ni/Si相和Cr/Si相,析出相具有较高的硬度,合金的显微硬度在热处理之后也会有显著提升。电子背散射衍射(EBSD)分析发现,热处理之后小角度晶界转变为大角度晶界,局域取向差降低,推断位错密度降低。除此之外,溶质原子Cr、Ni、Si从基体中析出,对基体具有一定的净化作用,导电率由29.665%IACS提高到35.124%IACS。

行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响

研究了在凝固过程中行波磁场对Cu-Ni-Si-Mg合金组织和性能的影响。结果表明,随着磁场电流强度的增加,在晶粒细化的同时,合金的组织形貌逐渐向等轴晶转变,树枝晶在磁场的作用下尺寸不断减小。磁场电流为90 A时晶粒细化效果最好,铸锭几乎全部由细小的等轴晶组成,晶粒尺寸降至(0.5±0.19) mm,相比于未加行波磁场的合金,晶粒细化了约94%。采用透射电子显微镜对显微组织进行观察,并对衍射花样进行标定,发现晶界处的析出相为δ-Ni2Si。在磁场电流为60 A的条件下,合金的拉伸性能最好,与未施加磁场的样品相比,屈服强度提高了41.8%,抗拉强度提高了12.9%,但合金的硬度不受行波磁场影响。本文通过行波磁场细化晶粒,为提高时效强化型铜合金的强度提供了一种可规模化生产的技术。

Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂对Ni_(3)Al基金刚石复合材料性能的影响

采用真空热压法制备了Ni_(3)Al基金刚石复合材料,研究了不同烧结助剂对复合材料力学性能和微观结构的影响,并对Ni_(3)Al基金刚石钻头的钻孔性能进行了测试。结果表明,在添加0~30vol%的Cu-Sn、Ni-Cr、Co烧结助剂后,Ni_(3)Al基金刚石刀头的致密度、抗弯强度、硬度得到提高。Ni3Al基金刚石复合材料的抗弯强度随着Ni-Cr、Co烧结助剂含量的增加而提高。Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂中的Cr元素在金刚石的表面出现了富集现象。将添加Cu-Sn、Ni-Cr烧结助剂的Ni_(3)Al基金刚石复合材料制备成工具进行钻削测试,发现Ni_(3)Al基金刚石复合材料的失效形式可以分为微破碎、磨耗、宏观破碎3种形式,钻削试验中并没有发现整颗金刚石脱落的现象,表明Ni_(3)Al基对金刚石的把持力较大,强度较高。

双金属Ni-Cu催化剂对顺酐选择性加氢产物的调控

【目的】为探索金属催化剂在α,β-不饱和羰基化合物上选择性加氢C-O、C-C双键的规律,设计了Ni-Cu双金属催化剂。【方法】通过蒸氨法制备一系列的Ni-Cu/SiO_(2)双金属催化剂,采用固定床装置进行常压顺酐(maleic anhydride,MA)加氢反应,研究了不同比例的Ni-Cu催化剂对顺酐选择性加氢产物的调控规律。【结果】Ni-Cu/SiO_(2)催化剂比表面积越大,氢气吸附能力越强,催化活性越高,其转化率均能达到99%以上。Ni、Cu含量和反应温度是影响顺酐选择性加氢产物分布的主要因素。Ni金属虽有利于γ-丁内酯(γ-butyrolactone,GBL)的生成,但其副产物丙酸较高。同时温度的升高也会造成酸类副产物上升,因此Ni金属适用于低温条件下的C-C加氢,主要生成丁二酸酐(succinic anhydride,SA);Cu金属参与反应得到的酸类副产物少,GBL+SA选择性高,因此Cu金属则更适用于高温条件下的C-O加氢,γ-丁内酯为主要产物。【结论】本研究结果能为顺酐加氢制γ-丁内酯联产丁二酸酐工艺大规模工业化生产提供参考。

电沉积法制备Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极及储能特性研究

本文采用两步电沉积技术,以泡沫铜为基底,原位制备了Cu(OH)_(2)/镍钴双金属硫化物(Ni-Co-S)复合电极材料。先采用恒电流沉积技术将泡沫铜表面氧化,得到Cu(OH)_(2),泡沫铜同时作为电极基底和铜的唯一来源,再通过恒电位沉积,将Ni-Co-S均匀覆盖在Cu(OH)_(2)表面。Cu(OH)_(2)一方面作为活性电极组分参与氧化还原反应,同时作为底层材料,为顶层Ni-Co-S的沉积提供较大的沉积空间,进而形成了更丰富的电化学活性位。基于这种原位电沉积技术以及Cu(OH)_(2)与Ni-Co-S组分的协同作用,Cu(OH)_(2)/Ni-Co-S复合电极表现出增强的赝电容特性,在2mA·cm^(-2)的放电电流密度下,比容量为4.88 F·cm^(-2),库伦效率为88.12%,5000次充放电循环后,比容量保持在初始值的86.38%。

粉末冶金法制备Cu-Ni-Si合金的组织和性能

以单质Cu粉、Ni粉和Si粉为原料,通过热压烧结方法制备Cu含量为94(质量分数,%),Ni、Si质量比为4∶1的Cu-Ni-Si合金。经过900℃固溶处理2 h和450℃时效处理4 h后,采用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射仪对合金的显微组织和相组成进行了分析。结果表明:合金中只有δ-Ni2Si相形成,且δ-Ni2Si相的组织形貌及分布状态对合金的力学性能和导电率起着决定性的作用;经过时效处理后,析出的δ-Ni2Si相使合金的导电率和维氏硬度都明显提高。

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。

Ni-Cu双金属催化剂对蓖麻油催化加氢的性能研究

采用共沉淀法制备了一系列负载型镍铜双金属催化剂,并将其应用于蓖麻油加氢反应。考察了不同金属摩尔比、催化剂制备条件、反应温度、反应压力对蓖麻油氢化反应的影响。结果表明,在以SD-Ⅱ膨润土为载体,金属硝酸盐为反应物,镍铜摩尔比为2.5:1的条件下,制备的催化剂活性和选择性最佳。同时,在H2压力为2 MPa,反应温度为160℃条件下,反应1 h后产品氢化蓖麻油的碘值可以达到3.5 g/100 g左右、羟值达到158.9 mg/g左右,均达到国家标准的指标参数要求。该催化剂在循环使用5次后,仍未发现明显失活。实验结果表明,这种低成本、性能稳定的双金属催化剂可用于氢化蓖麻油工业化生产及连续工艺的开发。

高溶质含量Cu-Ni-Si合金热压缩变形行为研究

电连接器用铜合金为目前5G通讯、新能源汽车等领域的重要材料,Cu-Ni-Si系合金因其优异的力学电学性能、良好的抗应力松弛性能成为该研究背景下广泛应用的材料。目前尚缺乏热变形制度对该合金显微组织影响机理的研究。本文研究了变形温度在600~950℃、应变速率在0.01~10.00 s-1条件下的高溶质含量Cu-Ni-Si合金铸锭的热变形行为,发现在高应变速率下,硬化和软化在变形过程中交替占据主导地位,流变应力呈“波浪形”变化。建立了合金的热变形本构方程和热加工图,获得了高溶质含量Cu-Ni-Si合金的热变形温度为900~950℃,探究了不同变形条件下合金热变形过程的软化机制。结果表明,在950℃低应变速率时,合金的再结晶主要以晶界弓出形核的不连续动态再结晶为主,而在应变速率较高时,主要发生位错转动合并形成新的大角晶界的连续动态再结晶。