高強高導銅鋯合金熱處理工藝探討范文

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摘要：以三種銅鋯合金為研究對象，通過硬度測試、電導率測試研究不同熱處理工藝和不同銀含量對銅鋯合金力學性能與導電性能的影響，研究結果證明銅鋯合金擁有和銅一樣優良的導電性能，在銅鋯合金中加入銀后，它的強度得到大幅的提升。

關鍵詞：銅鋯合金；時效；硬度；導電性

0引言

由于優良的導電性、導熱性、耐蝕性及良好的加工性能，銅被廣泛應用在電力、機械制造等行業。但純銅的強度較低，雖然冷加工能使其強度大幅提高，但會使其塑性降低。[1]高強度高導電銅合金不僅具有較高的強度和良好的塑性，具備優良的導電性能，還具有較高的抗氧化、抗應力松弛、抗蠕變、抗應力腐蝕能力，同時具備疲勞性能好，無氫脆等性能特點。高強度高導電銅合金克服了純銅應用上的不足，大大節省了材料，同時又有較長的使用壽命。[2]美國在研制航天飛機軌道級主發動機時做了大量對比試驗發現，銅銀鋯合金具有最好的低周熱疲勞壽命。[3]本文將研究時效處理對銅鋯合金力學性能和導電性能的影響，并比較銀含量對銅鋯合金性能的影響。

1試驗材料和方法

本次試驗中，不同成分的銅鋯合金是采用真空熔煉技術制得，其中最主要的變化是銀（Ag）的含量。試驗中三種銅鋯合金經過920℃、保溫50分鐘的固溶處理后，冷軋變形，變形量為74%。試驗中選取了380℃、400℃、410℃、420℃、430℃五種時效溫度下保溫2小時，對比時效溫度對銅鋯合金的影響。在控制時效溫度為400℃，三種銅鋯合金分別試樣經過1h、2h、3h、4h、6h、8h的保溫，研究時效時間對銅鋯合金性能的影響。試驗中，用7501型渦流電導儀測量試樣電導率。

2試驗結果及分析

2.1試驗結果

（1）Ag對銅合金性能的影響。Ag對銅鋯合金硬度的影響及Ag對銅鋯合金電導率的影響分別如圖1和圖2所示。比較圖1和圖2中各項數據的變化規律可以發現，無論是否經過時效處理，含銀量增加，合金的硬度都會大大提高，電導率也會逐漸上升。同時，時效處理后試樣的導電率明顯要比未經過時效處理試樣的導電率高。

（2）時效溫度下對銅鋯合金性能的影響。時效溫度對銅鋯合金硬度的影響及時效溫度對銅鋯合金電導率的影響分別如圖3和圖4所示。圖3表明，3種合金硬度都隨時效溫度上升然后下降，1#試樣當溫度在410℃達到峰值，2#試樣在400℃達到峰值，3#試樣在400℃達到峰值，然后隨時效溫度的增加而逐漸降低。因此，1#試樣最佳時效溫度410℃，2#試樣和3#試樣的最佳時效溫度均為400℃。

（3）時效時間對銅鋯合金性能的影響。時效時間對銅鋯合金硬度的影響及時效時間對銅鋯合金電導率的影響分別如圖5和圖6所示。圖5顯示，3種合金的硬度值都出現隨時效時間先上升后下降的變化規律，且1#，2#合金都在6h達到最高值，3#試樣在4h達到最高值，然后隨時效時間的增加而逐漸降低。圖6顯示，3種合金電導率的變化趨勢是隨著時效時間增加電導率逐漸上升，但是時效4h之后，電導率的變化趨勢減小。

2.2試驗結果分析

（1）Ag對銅合金性能的影響。三種試驗合金都屬于時效強化型合金。經過“固溶+時效”處理后，過飽和固溶體分解，產生第二相β-Ag和銅鋯化合物粒子。β-Ag粒子和銅鋯化合物粒子在晶界處彌散分布，使得合金的強度增加，同時銀的加入，會促進更多的鋯元素溶入銅基體中，形成了更高濃度的過飽和固溶體，經時效可以得到大量的、細小的第二相析出物，強化了析出強化的效果。雖然銀的導電性好過銅，但是形成固溶體之后，銅合金的電阻率會上升，說明導電性能下降，原因是銀溶入銅晶體中增加了電子散射幾率。[4]但是銅合金晶體點陣畸變對電子的散射作用比時效處理析出的第二相引起的散射作用強得多，所以經過時效處理后的合金導電性能會變高。[5]

（2）時效工藝下對銅鋯合金性能的影響。三種試驗材料在經過固溶處理后形成過飽和固溶體，經過時效處理之后從過飽和固溶體中析出許多的β-Ag粒子和銅鋯化合物粒子，這些粒子會使得合金的強度硬度上升。隨著時效溫度上升和時效時間延長，銅鋯化合物從銅基體中析出，彌散分布在基體周圍起到強化的效果。但是，隨著時效溫度提高和時效時間變長，析出相數量增多，在隨后的析出過程中析出相變粗，合金硬度和強度就會隨之下降。而電導率則不同，銅鋯合金的電導率主要取決于基體的電導率。隨著時效溫度的提高和時間的延長，基體中溶質濃度下降，合金的電導率隨時效工藝溫度升高和時間的延長逐漸上升，但隨著析出相析出速度變慢，上升趨勢逐漸變緩。

3主要結論

經過上述試驗，可得出以下三個結論。第一，銀在銅鋯合金中能起到強化作用，同時在添加銀后，會促進鋯溶入銅基體內，使得析出強化效果加強。第二，3種合金經過固溶處理后，CuZr0.5最佳時效工藝是410℃，保溫6小時；CuAg0.1Zr0.5最佳時效工藝是400℃，保溫6小時；CuAg3Zr0.5最佳時效工藝是400℃，保溫4小時。第三，銅鋯合金的電導率與銅基體的電導率有密切關系，時效處理可提高銅合金的電導率。4結束語純銅的強度局限性阻礙了銅的應用，這就對高強高導電銅合金的材料研制提出了迫切要求。本文研究的高強高導銅合金是以銅鋯合金為基體，加入適當的銀元素制成的。該合金擁有和銅一樣優良的導電性能，同時由于銀的加入，其強度也出現大幅的上升。本研究將為銅合金性能的提升和熱處理工藝的優化提供參考，同時將促進銅合金的進一步應用。

參考文獻：

[1]陳志強.高強高導銅合金的研究概述[J].材料工程,1995(7):3-6.

[2]張曉輝,李永年,寧遠濤.高強度、高導電性Cu-Ag合金的研究進展[J].貴金屬,2001(1):47-52.

[4]肖世玲.Cu-Ag-Zr合金組織與性能[D].長沙:中南大學,2006.

[5]劉平,康布熙,曹興國,等.快速凝固Cu-Zr合金的析出特性及其對性能的影響[J].功能材料,1999(6):624-626.

作者：仇潞 單位：南通航運職業技術學院