我国先进铜基材料发展战略研究

铜及铜基材料以其优异的力学、功能和工艺综合性能而广泛应用于电力电子、汽车、机械制造以及航空、航天、通信、集成电路等高技术制造领域。我国是世界上最大的铜材生产国和消费国，广阔的应用市场使先进铜基材料拥有良好发展前景。本文在综述铜加工行业宏观环境和发展概况的基础上，分析了我国铜基材料发展取得的成绩和不足，深层次剖析了我国铜加工产业“大而不强”的原因，重点梳理了我国高强导电铜合金材料、高性能电子铜箔、耐蚀铜合金、耐磨铜合金、铜基热管理材料、特殊用途铜材和新能源用铜材的发展现状、存在问题及未来发展趋势。面向重大应用需求布局前沿方向，推动我国先进铜基材料的进一步发展，研究提出了形成有效的“产学研用”互动机制，建立国家铜基材料产业和技术发展协调平台等发展建议。     

蚀刻与冲压用铜合金板带的分条变形及应力分布

铜合金板带在蚀刻、冲压后的形状精度严重影响相关产品的成品率,通过X射线衍射法、分条法、半蚀刻与分条结合法分别评价了铜合金板带原始应力分布及因应力释放导致的变形。结果表明,分条法适合铜合金分切造成的边部应力的检测,而半蚀刻与分条结合法、 X射线沿深度方向的应力分布检测方法适合作为用于蚀刻场景的铜板带的应力的检测。冲压用铜板带沿厚度的原始应力呈C型分布,半蚀刻后发生明显挠曲,铜板带水平放置时分条的细条的挠曲高度可达49.9 mm。蚀刻用铜板带沿厚度原始应力基本一致,半蚀刻后挠曲较小,平放时挠曲高度接近于0。在对挠曲变形与应力分布之间的关系分析后,挠曲变形与表面应力无直接关系,而铜合金板带沿厚度的应力分布决定了其半蚀刻后的挠曲大小。根据力矩分析,半蚀刻分条的挠曲理论值与实验基本一致,挠曲大小与应力梯度成正比,与分条的长度的平方成正比。只有保证铜合金板带沿厚度方向的应力分布的均匀,才能保证蚀刻过程中不发生挠曲。     

柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为

利用室温单向拉伸实验、EBSD和TEM等手段,研究了柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的力学性能与加工硬化行为,探讨了晶粒尺寸对拉伸变形加工硬化速率和塑性变形能力的影响及其机制.结果表明,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜加工硬化速率-真应变关系曲线第2阶段具有显著上升趋势,晶内形成平行分布的小角度亚晶界使位错滑移长度减小并阻碍位错运动是加工硬化速率上升的主要原因,不同于文献报道的等轴晶组织黄铜加工硬化第2阶段形成形变孪晶使滑移长度减小的机制.随着晶粒尺寸的增大,柱状晶组织HAl77-2铝黄铜的屈服强度和抗拉强度降低,而断后伸长率显著增大,由晶粒尺寸为2.0 mm的70.4%增大到晶粒尺寸为6.0 mm的84.4%.较高的抗塑性失稳能力和较好的晶内变形均匀性是大晶粒柱状晶试样具有更优塑性变形能力的主要原因.     

电脉冲连续退火对AZ91镁合金带材组织和性能的影响

研究了电脉冲连续退火对冷轧时效态AZ91镁合金带材显微组织和力学性能的影响。结果表明:电脉冲退火在较低的温度下快速完成了α-Mg基体的再结晶,可显著细化晶粒。当退火温度为210℃时,α-Mg基体发生完全再结晶,其平均晶粒尺寸由冷轧态的约30μm减小为约7μm,带材的抗拉强度由冷轧态的410 MPa减小至334 MPa,断后伸长率由冷轧态的3.7%增大至23%。电脉冲退火后带材的拉伸断裂方式由冷轧态的脆性沿晶断裂转变为韧性穿晶断裂。电脉冲在其热效应和非热效应的共同作用下快速完成再结晶过程以及β-Mg17Al12相阻碍α-Mg基体晶粒长大,是电脉冲退火细化晶粒的主要原因。     

引线框架铜带显微组织对电镀镍层性能的影响

采用具有不同显微组织的引线框架用C19400铜合金为基材进行电镀Ni,采用扫描电子显微镜(SEM)、光学显微镜(OM)、粗糙度测量仪等分析了铜合金的显微组织对Ni镀层形貌、厚度和表面粗糙度的影响。结果表明:镀层厚度随铜材中变形组织的增加而减小,退火态(O态)基材表面Ni镀层厚度达到了6.11μm,剧烈变形(SH态)基材表面Ni镀层厚度仅为3.73μm。Ni镀层会“复制”铜基材的表面形貌,变形量较大的基材电镀Ni后粗糙度的增幅小于变形量较小的基材。电镀时应结合基体材料的显微组织来调整工艺参数,以获得性能较优的镀层。     

上引连铸-连续挤压Cu-Cr-Zr合金的组织与性能EI北大核心CSCD

采用光学显微镜(OM)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、透射电子显微镜(TEM),观察了非真空上引连铸-连续挤压制备的大卷重Cu-Cr-Zr合金线杆的铸态、连续挤压态、固溶态和时效态的组织结构;通过力学、物理性能测试研究了各状态合金的性能变化规律。结果表明:上引连铸Cu-Cr-Zr合金线杆铸态为粗大柱状晶,存在CrSi2一次颗粒相;连续挤压后铸态柱状晶粒内部产生强烈的剪切变形,在TEM像中可观察到明显的位错塞积和缠结;连续挤压态合金线杆适宜的固溶处理温度范围为920~960℃,在大于980℃的固溶态组织中观察到孔洞缺陷;在正常固溶态组织中观察到粗大的Cr3Si颗粒相和纳米级含Zr的富Cr颗粒相,经选区电子衍射谱标定为Cr2Zr相;连续挤压线杆经(920℃,1 h)固溶+(60%的冷拉变形+时效+60%冷拉变形)后仍具有较好的综合性能,其抗拉强度为576 MPa,导电率为82%IACS。     

新型Cu-Fe-(C)复相合金的变形及时效析出行为对比研究

采用真空感应熔炼和快速凝固法制备了组织性能优异的新型Cu-Fe-(C)复相合金材料,并通过OM、TEM以及力学性能测试分别对熔铸态、超低温深冷轧态、时效态组织和变形行为进行了研究。结果表明,添加溶质元素C有利于避免Cu-3%Fe(质量分数)合金铸态晶界偏析,降低晶内γ-Fe相尺寸,增加其在基体内的数量密度,使得该合金屈服强度较低,而延伸率却较高;超低温深冷轧变形可使Cu-Fe-(C)合金基体内γ-Fe相发生γ-Fe→α-Fe马氏体转变,屈服强度提升至520MPa以上,但是C元素的引入,会使合金残留部分细小γ-Fe相而维持高塑性;进一步经不同温度时效1 h时,2种合金均随温度升高逐渐发生回复再结晶导致硬度降低,不过Cu-Fe-C合金经400℃/1 h处理后发生再结晶的同时,还会析出更多更细小的α-Fe沉淀相,并残留较多位错,最终导致其具有较高的强度和延伸率。此外,对不同状态的沉淀相分布进行了统计和理论强度计算,深入分析了合金强度差异的本质原因。     

高强导电Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的微观组织与性能

采用真空熔铸和冷开坯工艺,通过优化形变热处理工艺,调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态,制备出综合性能优异的Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金。结果表明,经过400 ℃/2 h一次时效处理后,Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的显微硬度可达356 HV,此时导电率为14.5%IACS。透射电镜分析表明,Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu₄Ti相→颗粒状β′-Cu₄Ti相+片层状β-Cu₄Ti相→片层状β-Cu₄Ti相,其中颗粒状β′-Cu₄Ti相是最重要的强化相,片层状β-Cu₄Ti相会导致合金强度下降,但可以提高导电率。采用二次时效能够进一步优化Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的综合性能,在合金强度基本不变的条件下,显著提升了合金的导电率。450 ℃/8 h一次时效+50%冷轧+400 ℃/1 h二次时效处理后合金的显微硬度和导电率分别达到了341 HV和20.5%IACS。