应变速率对多晶纯铜晶格应变影响的数值模拟研究

为了掌握应变速率对面心立方金属晶格应变的影响规律,以多晶纯铜为例,基于晶体塑性有限元理论的开源软件DAMASK,探讨在不同应变速率加载下多晶纯铜内部晶格应变演化和分布的规律。结果表明,随着应变速率升高,材料内各{hkl}族的轴向晶格应变和横向晶格应变增加,同时轴向晶格应变分布和横向晶格应变分布的均匀性变差,且不同{hkl}族的晶格应变的演化与分布规律也不相同。加载过程中{200}族的晶格应变演化出现较为明显的非线性响应,改变应变速率对{200}族的晶格应变演化的影响较大。加载后{111}族的晶格应变分布的均匀性最好,并且在较高应变速率下{111}族的晶格应变分布仍有相对较好的均匀性。

厚膜混合集成电路用互联引线材料的选型

厚膜混合集成电路模块内引线与基板间需要实现电连接并承载一定的电流,目前主要采用金属连接互联引线通过焊接的方式实现,功率器件的电引出也需要借助金属互联引线。铜或铜合金的导热导电性能良好,加工性能优异,成本相对较低,是作为集成电路用金属互联引线的首选材料。选用纯铜、白铜、黄铜、锡青铜和铍青铜合金作为金属互联引线材料,从微观角度验证这5种金属引线材料与厚膜混合集成电路焊接工艺的兼容性。研究得出,在不需要进行机械支撑的场合,混合集成电路选用纯铜作为金属互联引线材料最佳,对互联材料有强度要求时建议选择锡青铜合金。

噻唑化合物对铜在硫酸中的缓蚀行为研究

利用失重法、极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究2,5-二巯基-1,3,4-噻唑(DMTD)对纯铜在0.5 M的硫酸中的缓蚀作用。通过失重法研究缓蚀效果,并以其实验数据探讨吸附模型;采用极化曲线和电化学阻抗图谱研究缓蚀剂性能及机理。失重结果表明四种实验温度下DMTD均可明显减缓纯铜在硫酸溶液中的腐蚀,DMTD分子吸附满足Langmuir等温线;电化学分析可知DMTD抑制纯铜阴阳极腐蚀反应;随着DMTD浓度的增大,吸附膜层缓蚀性能增强;表面形貌观察分别证实了DMTD的缓蚀作用。2,5-二巯基-1,3,4-噻唑(DMTD)可有效抑制纯铜在0.5 mol·L^(-1)的硫酸中的腐蚀。

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。

蓝光激光熔覆纯铜覆层的组织及性能

纯铜材料对红外波段的激光吸收率较低,难以进行传统红外激光熔覆,因此限制了纯铜材料在表面防护领域的应用。本研究采用蓝光激光熔覆技术制备纯铜涂层,通过理论计算结合实验验证获得了其制备工艺参数。随后对纯铜熔覆层的微观组织、显微硬度和摩擦磨损行为进行分析,并结合XRD和EDS研究了蓝光激光熔覆制备的纯铜涂层的元素分布和物相组成。结果表明:采用蓝光激光熔覆技术制备的纯铜材料具有较大的工艺窗口,可获得成形良好的熔覆层。蓝光激光熔覆后,熔覆界面处出现了明显的金属间化合物相NiCu_(4)以及FeCu_(4)。纯铜熔覆层的显微硬度小于基体材料,并且在结合界面存在明显的硬度变化过渡区域,因此涂层和基体之间的稀释区较大。在室温干摩擦磨损条件下,熔覆层的磨损行为以粘着磨损为主,磨粒磨损为辅,并且存在明显的氧化磨损。

超/特高压直流输电工作环境中纯铜部件点蚀行为

超/特高压输电是实现全球能源互联的核心技术。作为应用最广泛的输电系统导体材料,铜及铜合金的耐蚀性被重点关注。在超/特高压直流输电过程中,周围环境存在较大磁场,导致铜部件的服役环境与普通输电环境不同。采用动电位极化、电化学阻抗谱和元素分析等方法对纯铜在超/特高压环境下的电化学腐蚀行为进行了研究。结果表明:在超/特高压环境下,纯铜在3.5%NaCl溶液(质量分数)中的极限扩散电流高于无磁场条件下的极限扩散电流,并且无磁场条件下的反应电阻比施加了0.1 T磁场条件下的反应电阻明显提高。结合电化学阻抗谱、X射线衍射及元素分析可知,0.1 T磁场会使纯铜的耐蚀性降低,主要腐蚀产物为氧化亚铜。

微合金化元素对纯铜热稳定性和导电性的影响

利用光学显微镜(OM)、透射电镜(TEM)和电导率测试等研究了添加微量合金化元素对4N纯铜的晶粒尺寸热稳定性和导电性的影响,分析了合金元素与基体中微量杂质元素S的相互作用。结果表明:添加微量Ti元素及微量Cr、Ni和Ag元素均可显著提高4N纯铜晶粒尺寸的热稳定性,经900℃×30 min高温处理后,Cu、Cu-Ti和Cu-Cr-Ni-Ag的晶粒尺寸分别为158.57、86.06和48.35μm,即热稳定性Cu-Cr-Ni-Ag>Cu-Ti>Cu。同时,添加微量合金化元素后纯铜的导电率仍较高,Cu、Cu-Ti和Cu-Cr-Ni-Ag导电率分别为101.87、101.64和99.98%IACS。分析认为热稳定性的提高主要与TiS相、CrS相的钉扎以及Ni和Ag固溶拖拽有关,微量Ti和Cr可与杂质S反应形成六方结构TiS相和单斜结构CrS相,且均与基体呈非共格关系,特别是CrS相较TiS相更为细小、数量更多。

红壤模拟液中单宁酸对铜的缓蚀作用

采用动电位极化曲线和电化学阻抗谱研究了酸性红壤模拟液中单宁酸对纯铜接地材料腐蚀行为的影响。结果表明:当单宁酸质量浓度为0.1~4.0g/L时,随着单宁酸质量浓度的增加,其对铜的缓蚀效率增大;添加单宁酸可有效抑制铜的腐蚀反应过程;在该土壤模拟溶液体系中,单宁酸属于一种阴极缓蚀剂。Mott-Schottky曲线分析结果表明,在酸性红壤模拟液中,铜表面生成的膜具有p型半导体性质,随着单宁酸质量浓度增加,受主浓度降低,铜表面膜层的耐蚀性更强。单宁酸分子在铜表面的吸附最趋向Langmuir吸附模型,当单宁酸质量浓度为0.1~4.0g/L时,其在铜表面的吸附自由能小于0,大于-40kJ/mol,单宁酸在铜表面发生的是自发进行的物理吸附过程。

等通道转角挤压变形超细晶纯铜的组织与性能

在室温下采用BC路径(每道次挤压时将试样绕其轴线沿同一方向旋转90°)对T2纯铜进行4道次等通道转角挤压(ECAP),研究了不同道次ECAP变形前后纯铜的显微组织、力学性能和耐腐蚀性能。结果表明:经过1道次ECAP变形后,纯铜内部形成粗大的条带状组织,与剪切应力方向呈30°~45°;经过4道次ECAP变形后,纯铜晶粒发生显著破碎与细化,出现了大量的超细等轴晶组织,平均晶粒尺寸约为0.96μm;4道次ECAP变形后纯铜的显微硬度与抗拉强度较未变形显著提高,增幅分别为43.8%和51.5%;随着ECAP道次的增加,纯铜的溶液电阻、电荷转移电阻和极化电阻均增大,开路电位和自腐蚀电位均升高,自腐蚀电流密度减小,耐腐蚀性能提升。

多道次连续挤压对铜组织和性能的影响

连续挤压技术是一种高效率、节能和成本低廉的绿色塑性成型的方法,其最大特点就是利用了摩擦力作为驱动力和热源,大大减低了生产成本。选择Φ8 mm纯铜进行多道次重复连续挤压,实验设备型号为TLJ250连续挤压机,挤压轮转速选取为6 r/min。实验结束后,分别对经1~3道次连续挤压后的铜产品进行拉伸试验、硬度试验以及金相组织的观察。经过多道次连续挤压后,纯铜粗大晶粒都发生了不同程度的破碎,形成数量众多且等轴细小的均匀晶粒。第2道次延伸率较第1道次提升4.6%,第3道次较第1道次提升4.9%。但是,第2道次的抗拉强度比第1道次降低12.96 MPa,第3道次比第1道次的抗拉强度降低11.65 MPa。纯铜产品的硬度值经过多道次连续挤压后,略有增加。

高纯铜带耐高温性能的研究进展

随着5G电子通信、新能源汽车等产业的发展,高纯铜带在电子器件中的应用愈来愈广泛,同时电子器件封装、热沉等技术发展对其提出了苛刻的耐高温性能要求。高纯铜带对杂质控制要求非常严格,不能采用第二相来调控耐高温性能,因此是当前研究的一大难点。本文综述了高纯铜带耐高温性能的最新研究进展,从制备工艺和组织控制两个角度出发,着重探讨了电解、压延、气相沉积制备的高纯铜带高温下晶粒长大机理的研究进展,针对织构和晶界工程对高纯铜带耐高温性能当前存在的问题和解决办法进行了讨论,并对其发展方向进行了展望。

多向压缩制备纳米晶纯铜

对纯铜进行了多向压缩变形,通过光学显微镜、透射电镜观察了变形铜的微观组织,分析了组织演变规律;表征了变形铜硬度、导电率及其真应力-应变关系,总结了性能变化趋势。结果表明:纯铜随着多向压缩累计应变的增加,晶粒互相缠绕,平直的晶界变弯,晶粒之间颜色差异消失,组织不断细化,原始晶界处形成了较宽的细晶粒区,累计应变达到Σ12.8时,组织内形成由亚晶转化而来的约100 nm的晶粒;纯铜的硬度随多向压缩累计应变的增加而增加,导电率随多向压缩累计应变的增加而减少,硬度达到软态纯铜的2倍,且保留较高的导电率。真应力-真应变曲线也反映出多向压缩对纯铜的强化作用。

纯铜在湿热海洋大气环境空调外机内部初期腐蚀行为研究

本文采用扫描电子显微镜、电化学测试、傅里叶红外光谱等分析测试手段研究了现场实证实验空调外机内部环境中,铜暴露不同时间后的腐蚀行为和腐蚀机理。结果表明空调外机内部服役环境的严酷度明显小于外部自然大气环境。样品铜暴露7~11个月之后,铜表面致密的保护性腐蚀产物Cu_(2)O发生转变,导致样品表面腐蚀产物的保护性下降,样品的腐蚀速率呈现先下降后升高的趋势。

基于藏医药古籍文献对藏药红铜的考证研究

目的:全面阐明矿物藏药红铜的基原、炮制方法和组方配伍。方法:对公元8世纪至20世纪的24部藏医药古籍文献中有关矿物药红铜的基原,炮制,组方和功效进行归纳总结,考证分析。结果:矿物藏药红铜的藏文名为“■”,音译为“桑”和“桑玛”,其主要入药方式为红铜灰,藏文名称为“■”,音译名为“桑太”。红铜味甘,性凉,具有干脓血、消浮肿、清肺热、治肺脓肿、疮疡、中毒症的作用;其品类主要以品质、颜色、产地、性质分类,常见按品质分为上品“雌铜”和次品“雄铜”;炮制方法有煅烧法、热制法、急制法、混合制法等,其中煅烧法应用最广泛。在方剂中红铜以红铜灰粉末入药,含红铜灰的组方主要遵循药效相近和随证加减药物的配伍规律,主要功能主治为清热、解毒、消炎、利肺,适用于陈旧性肺病、腹腔积液、四肢肿痛、脏腑积液、皮肤病等病症。结论:矿物藏药红铜在藏医药应用历史中已具有明确的基原记载、系统的炮制方法、全面的组方配伍,为红铜灰入药应用和进一步的深入研究奠定了理论依据。

旋压钛筒体尺寸精度的质量控制方法研究

分析了电解铜箔的核心设备阴极辊结构,提取出其影响质量的关键结构件纯钛筒体的直线度、椭圆度两个重要参数,对此参数影响因素进行实验和大量数据积累分析,制定出控制直线度和椭圆度的最佳方案。结果表明:在保证旋压芯模直线度和椭圆度<0.1 mm情况下,通过修正钛环坯定位环内径偏差,对称性增加碾压轮数量,对钛环坯整体加热,在加工过程中对钛环坯局部针对性加热,钛筒体成形后对钛筒局部进行钻孔,敲打时效处理等工艺方法,大幅度提高了超大规格钛筒体的椭圆度和直线度。在改善芯模形状公差条件下,采用6个碾压轮、加工过程中局部加热的方法,是提高纯钛筒体的直线度和椭圆度最有效的方式。但是未考虑钛环坯加工过程中的热变形,碾压轮加工时的热变形;在钛环坯不同旋压状态下,碾压轮与钛环坯表面的摩擦力等影响因素。今后,需对这些影响因素,进行大量试验分析,研究更有效的工艺控制方法,来进一步提高超大规格钛筒体的成品质量,从而对进一步提高铜箔质量做出来有意义的尝试。

冷轧及退火工艺对纯铜力学性能的影响

采用四辊轧机对纯铜进行了多道次冷轧,冷轧后的铜带分别在180℃和200℃进行退火。分析研究了退火铜带的力学性能变化和变形条件对其塑性、变形抗力及显微硬度的影响,探讨了纯铜的应变硬化机理及退火工艺对冷轧纯铜力学性能的影响机制。结果表明,纯铜经冷轧后强度明显提高,最高值达439.3 MPa,硬度值在84.7-96.0 HV0.01之间;冷轧纯铜退火后的抗拉强度、显微硬度降低,伸长率明显提高,但在200℃退火时出现了低温退火硬化效应。

高强高导纯铜线材及铜基材料的研究进展

综述了获得高强高导纯铜线材及铜基材料的方法 ,并对高强高导铜基材料研究领域的几个热点问题即 :铜基原位变形复合材料、快速凝固法、氧化物弥散强化铜以及稀土在高强高导铜合金中的应用等进行了介绍。

等通道转角挤压过程中纯铜位错密度变化和力学性能

利用等通道转角法(Equal channel angular pressing)对纯铜进行挤压变形,研究变形过程中纯铜组织演变,分析位错密度及其相应力学性能变化规律,探讨层错能对组织演变的影响机理。结果表明:退火后纯铜在ECAP变形过程中由小角度晶界逐渐转变为大角度晶界,晶粒尺寸细化到5~10μm;随着挤压道次的增加,纯铜中位错密度显著增大,1道次时位错密度为0.16×1014 m-2,6道次后位错密度达到最大值,为0.41×1014 m-2,之后位错重组和湮灭使得位错密度在一定程度上减小;材料强度明显提高,塑性减小,退火后纯铜的抗拉强度为220 MPa,伸长率为53.5%,8道次后纯铜的抗拉强度为444 MPa,伸长率下降到22.1%;纯铜拉伸断口韧窝数量逐渐增多、变浅且分布均匀,断裂方式整体表现为塑性断裂。通过对组织演化和力学性能分析得出,纯铜作为中等层错能材料,同时具有低层错能和高层错能金属的一些变形特征。

基于DEFORM 2D的纯铜管热挤压过程的数值模拟

通过二维建模软件建立管材立式挤压模型,采用DEFORM2D大型有限元数值模拟软件进行纯铜管热挤压过程的数值模拟,获得了不同挤压速度下变形材料内部的温度场、应力场、应变场及应变速率场的变化规律。分析结果表明,随着挤压速度的提高,变形材料内部的温升和等效应变速率明显提高;等效应力是先提高,而在高速挤压时又下降;等效应变则无明显变化。

拉拔变形对不同直径纯铜线材组织性能的影响

将初始直径为φ7 mm、φ5 mm、φ3 mm的纯铜线材分别进行冷拉拔,得到不同变形量的试样,测试了试样的硬度和导电率,研究了冷拉拔变形量对不同初始直径纯铜线材组织和性能的影响。研究结果表明:拉拔变形对不同初始直径线材硬度和导电率的影响趋势大体一致,当变形量小于30%时,硬度快速上升,导电率快速下降;当变形量为30%～83%时,硬度缓慢上升,导电率变化不大;当变形量大于83%时,导电率和硬度都出现了波动。φ7 mm线材在变形量为83%时,硬度最高可达121HV,此时导电率为98%IACS;φ5 mm线材在变形量为75%时,硬度最高可达122HV,此时导电率为97%IACS;φ3 mm线材在变形量为83%时,硬度最高可达128HV,此时导电率为97%IACS。微观组织观察表明:纯铜的组织演化分为3个阶段,晶粒开始分裂并出现形变孪晶;分裂加剧,晶界消失;形成纤维组织。