Cu、Sn、Ag同位素在古金属制品溯源研究中的应用

近年来,随着同位素分析方法的不断突破和新一代多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)测试技术的广泛应用,Cu、Sn、Ag等非传统同位素在古代金属制品溯源研究中显示出较好的应用前景。本文综述了近20年来Cu、Sn、Ag同位素在古代金属制品应用研究的相关进展,并展望了其应用前景:①由于不同矿床之间Cu、Sn、Ag同位素存较大重叠,这些同位素均难以作为独立的证据追溯金属制品的地质来源;②Cu同位素在原生矿石与表生矿石之间存在较大的分馏,是示踪铜矿石类型的可靠方法,Ag同位素也具推断银矿石类型的潜力;③将Cu、Sn、Ag同位素与Pb同位素、微量元素相结合,并采用合理的统计方法,开展综合溯源研究将是今后应用非传统同位素进行古代金属制品溯源研究的发展方向。

(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的制备与表征

利用磁控溅射技术制备由金属(Ag,Cu)膜、介质层TiO_(2)膜组成的双层汽车玻璃隔热膜样品。利用单因素分析法考察了溅射时间、溅射功率和Ar溅射流量三个因素对(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜透光隔热性能的影响。实验结果表明,在在本底真空度3×10^(-3) Pa,溅射气压2.1 Pa条件下,靶基距均为70 mm时,金属(Ag,Cu)膜溅射时间18 s,溅射功率80 W,Ar溅射流量20 sccm;介质层TiO_(2)膜溅射时间50 min,溅射功率115 W,溅射流量25 sccm时,(Ag,Cu)/TiO_(2)汽车玻璃隔热膜的透光隔热性能最佳。

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。

银含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点显微组织和力学性能的影响

使用高频感应加热设备研究Ag含量对快速热冲击下Sn−xAg−0.5Cu焊点的显微组织和剪切强度的影响。结果表明,Ag含量的增加使焊点表面更致密光滑,减少焊点内部长条状Cu6Sn5金属间化合物(IMC)的产生,从而提高焊点的抗氧化性。Ag能够加快焊点界面IMC层的生长速度,Cu6Sn5层的生长速度由体扩散和晶界扩散共同决定,Cu3Sn层的生长速度由体扩散和界面反应共同决定。在快速热冲击环境下,焊点的断裂模式从韧性断裂转变为脆性断裂,而高Ag含量使得焊点的断裂模式转变时间更短,降低焊点的抗热疲劳性能。

Cu含量对Ag/LSCO电接触材料物理性能的影响

采用溶胶凝胶法辅以高能球磨工艺合成Cu粉体改性La_(0.5)Sr_(0.5)CoO_(3-δ)(LSCO)粉体,用粉末冶金工艺结合热挤压技术制备了系列Cu改性Ag/LSCO电接触材料与成品丝,研究了Cu粉体对改性Ag/LSCO材料界面润湿性、物理力学性能等影响规律。结果表明,随着Cu含量的增加,改性Ag/LSCO-xCu(x=0、1、2、4、6、8)电接触材料的电阻率呈先增加后减小的趋势,与Ag和LSCO基底的润湿角变化趋势相一致,但其密度和硬度性能变化趋势相反;当Cu含量为4%时,Ag和LSCO-4Cu基底的润湿角达最小值55.0°,相应的成品丝(φ2.35mm)性能最佳:电阻率2.29μΩ·cm,硬度(HV^(0.3))946.7MPa,密度9.73g/cm^(3),断后延伸率3.9%,为纯Ag/LSCO的3.9倍。

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。

不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚组培特性的影响

【目的】探究不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚组培特性的影响。【方法】以Bowman、北青7号和光头大麦的成熟胚为材料,研究不同质量浓度Cu^(2+)和Ag^(+)对大麦成熟胚愈伤诱导率、长根率、长芽率、褐化率、绿化率、再分化率和愈伤湿质量的影响。【结果】Bowman、北青7号和光头大麦成熟胚的7种组培特性间存在不同程度差异。与对照相比,0.75 mg/L Cu^(2+)可减少10.43%的成熟胚长根、7.48%的成熟胚长芽、8.24%的愈伤组织褐化、20.74 mg的愈伤湿质量;4.00 mg/L Ag^(+)可提高6.47%的愈伤组织诱导率,可减少9.08%的成熟胚长根、7.96%的成熟胚长芽和9.67%的愈伤褐化;0.75 mg/L Cu^(2+)和4.00 mg/L Ag^(+)对愈伤细胞转绿、愈伤增殖和再分化均无抑制。【结论】适宜质量浓度的Cu^(2+)和Ag^(+)可有效抑制大麦成熟胚长根、长芽和愈伤组织褐化,Ag+还可有效提高愈伤诱导率;在基于MS培养基的大麦成熟胚愈伤组织诱导和再分化培养中,Cu^(2+)和Ag^(+)的适宜质量浓度分别为0.75和4.00 mg/L。研究结果可为构建大麦成熟胚的愈伤诱导及其再分化技术体系提供理论支持。

双金属Ag-Cu纳米粒子负载的Fe_(3)O_(4)磁性复合材料的制备及其催化性能

通过溶剂热法合成中空多孔性Fe_(3)O_(4)@乙二胺四乙酸(EDTA)磁性载体;以柠檬酸钠和NaBH_(4)为共还原剂将双金属Ag-Cu纳米粒子负载于Fe_(3)O_(4)@EDTA磁性载体(Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs)的孔道内外,并采用XRD、SEM、TEM、EDX和VSM等技术对制备的磁性复合材料进行详细表征。t=25℃考察了Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs在NaBH_(4)体系中对4-硝基苯胺的催化还原性能。结果表明,Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs的表观速率常数分别为Fe_(3)O_(4)@EDTA@Cu NPs、Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag NPs的6.5、2.1倍,均符合一级动力学方程,证实了Ag和Cu NPs之间具有明显的协同效应。Fe_(3)O_(4)@EDTA@Ag-Cu NPs经过5次循环利用后其催化降解率仍高于95%,表明该复合材料在水处理领域中具有潜在的应用价值。

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。

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。

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。

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。

Ag-GNSs/Sn-Ag-Cu复合钎料焊点的润湿性能及界面生长特征研究

采用Ag涂覆石墨烯纳米片(Ag-GNSs)作为增强体,制备Sn-3.0Ag-0.5Cu-(Ag-GNSs)新型复合无铅钎料,然后在Cu基板上制备了钎料焊点,并进行了150℃不同时长的等温时效处理,研究了不同含量的Ag-GNSs对无铅钎料Sn-3.0Ag-0.5Cu的润湿性、Cu基板/钎料界面金属间化合物(IMC)生长特性的影响。结果表明,适量的Ag-GNSs可以显著地改善钎料的润湿性,当Ag-GNSs含量达到0.05wt%时润湿性最佳,与Sn-3.0Ag-0.5Cu钎料相比润湿角降低了54.43%。随着等温时效时间的延长,IMC层厚度增大,其生长行为由扩散控制。Ag-GNSs的添加可以抑制IMC层的生长,当Ag-GNSs的含量为0.05wt%时扩散系数达到最小值2.356×10^(-18)m^(2)/s。在0~0.2wt%范围内,Ag-GNSs的最佳添加量为0.05wt%。

高银系Sn-Ag-Cu/Cu界面金属间化合物生长行为

【目的】为研究高银系(Ag质量分数大于3.0%)Sn-Ag-Cu在固相时效过程中的界面反应和生长动力学。【方法】高温条件下不同银含量对界面结构和界面生长的影响,为了确定焊点的长期可靠性,在150℃下进行了0 h,100 h,300 h,500 h的热加速老化试验。用SEM与EDS进行了IMC表面形貌、厚度和元素组成。【结果】研究结果表明,随着银含量的增加,Cu_(6)Sn_(5)的生长受到不同程度抑制。在等温时效过程中,金属间化合物(IMC,Cu_(6)Sn_(5)+Cu_(3)Sn)的生长动力学是一个扩散控制过程,Cu_(6)Sn_(5)逐渐生长为Cu_(3)Sn;在后期的老化阶段,扇贝状的形状消失,表明生长机制发生了变化,变化为向垂直于界面方向的稳定生长;通过有限元技术,得出在服役过程中,热应力主要集中于Cu_(3)Sn与Cu基板交界处;随着时效时间的增加,焊点等效蠕变应变上升,可靠性逐渐降低;利用阿仑尼乌斯公式计算了金属间化合物IMC(Cu_(6)Sn_(5)+Cu_(3)Sn)在界面Sn-3.0Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.4Ag-0.7Cu/Cu,Sn-3.8Ag-0.7Cu/Cu的表观活化能分别为67.13 kJ/mol,70.50 kJ/mol,69.54 kJ/mol。【结论】根据试验与数值模拟计算相结合的研究手段,得到Sn-3.4Ag-0.7Cu款无铅焊料在高温服役过程中比其他焊料更能满足电子元件的要求。

Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件的热稳定性

以峰时效态的Al-Cu-Mg-Ag轮毂锻件为研究对象,研究锻件不同热暴露温度和热暴露时间的室温拉伸性能和高温拉伸性能,并对锻件在不同温度下的热稳定性进行对比和分析,结果表明:Al-Cu-Mg-Ag锻件具有良好的热稳定性,在150℃暴露1~100 h后,室温拉伸性能和高温拉伸性能无显著变化;在150~200℃短时间热暴露1 h不会降低综合性能,但随着热暴露温度的升高和热暴露时间的延长,Al-Cu-Mg-Ag锻件强度产生不同程度的下降;在200℃和250℃暴露100 h后,室温屈服强度分别剩余61.1%和37.2%,室温抗拉强度分别剩余77.8%和60.8%,高温屈服强度分别剩余61.6%和42.8%,高温抗拉强度分别剩余67.5%和47.6%;Al-Cu-Mg-Ag锻件的主要析出相为Ω相和θ′相,在Kt=1和R=0.1的实验条件下,200℃/10 h热暴露后的室温疲劳极限为278 MPa,相比热暴露前的疲劳极限311 MPa降低了10.6%。

团簇连接对Cu10Ag90快速凝固中晶体结构的影响

快速凝固得到的晶体通常都会形成多种孪晶结构,但其成因一直是一个谜.本文采用分子动力学模拟Cu10Ag90合金在0、20和40 GPa压强下的快速凝固过程,分别形成了五重孪晶、层片状孪晶和复杂晶体,通过最大标准团簇方法(LaSCA)分析了短程有序结构的演变和晶体团簇之间的连接形式.结果发现,结晶转变温度Tc随着压强的增大而升高,平均原子势能也随之增加.非晶共有近邻子团簇(CNS)会在温度降至Tc时转变为晶体CNS,同时晶体团簇数量急剧增加,结构有序度提升.此外,通过分析晶体团簇之间的连接方式发现,五重孪晶中心团簇截边十面体(tDh)只能与具有相同S422的HCP相连形成五重孪晶轴;FCC与HCP有相同的S421,但只能以彼此的顶层或者底层原子作为彼此的中心原子连接形成层片状结构;BCC与FCC、HCP虽然没有共同的CNS,但是可以通过D-S6结构及其变形体连接,其连接方式的多样性是形成复杂晶体的主要原因.这些结果为研究晶体结构不同排列方式提供了新的理解.