高强高导铜合金的强化机理与研究热点

铜合金材料作为高新技术产业的主流材料,需同时具备高强高导的性能.但是根据不同的应用环境,在保持高导电率的前提下如何选择合适的强化方法是制备铜合金的瓶颈.据研究可知,合金化法(形变强化、时效强化、固溶强化、细晶强化)和复合材料法(人工复合材料法、自身复合材料法)可以提高铜合金材料强度,但对其导电率有一定的影响.通过添加稀土元素、快速凝固法或大塑性变形等强化方法,有望获得高强度、高导电率的铜合金.本文着重探讨了合金化法和复合材料法的强化机理及其优缺点,并对铜合金的研究热点进行讨论和展望.     

硼脱氧后的残留硼含量对纯铜组织及性能的影响

针对铜熔炼脱氧工艺,研究了采用硼粉脱氧后残留氧含量及残留硼含量对纯铜微观组织、力学性能和电学性能的影响.结果 表明:随着硼加入量的增加,纯铜中氧含量快速降低,残留硼含量升高,纯铜微观组织中枝晶状的氧化亚铜相逐渐消失;随着残留硼含量从0×10-6增加至8.8×10-6时,纯铜的抗拉强度和硬度先升高后降低,伸长率不断升高,导电率升高;当残留硼含量为23×10-6时,纯铜的抗拉强度为135.6 MPa,伸长率为55％,硬度为60.8 HV0.1,导电率为98.12 ％IACS.     

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。     

含硫化氢条件下深井钻柱设计问题探讨

介绍了在含硫化氢条件下深井钻柱设计所存在问题与挑战,分析了硫化氢对钻柱设计的主要影响因素,提出了在含硫化氢条件下使用低强度钻具时,其抗拉、抗扭性能应当从其它方面得到补偿的观点.在考虑防硫化氢的同时,钻具组合的设计还应当考虑钻井液的性能、提高钻井速度的要求.建议对含硫化氢条件下的深井钻柱选择进行研究,形成成熟的钻柱设计技术并制定行业标准.     

Cu-Be-Co-Zr合金时效析出动力学

研究了Cu-Be-Co-Zr合金480℃恒温时效条件下的时效析出动力学。根据导电率与析出相体积分数的关系,计算了Cu-Be-Co-Zr合金不同时效时间(0, 30, 60, 120, 180, 240, 360, 480, 600 min)对应的析出相转变比率,建立了Cu-Be-Co-Zr合金480℃时效条件下的析出相变动力学方程和导电率方程,并在此基础上绘制了等温转变动力学S曲线;采用固态热分解反应机理的积分方程,揭示了Cu-Be-Co-Zr合金时效析出转变机制为受扩散控制的反应机理。     

均匀化退火对新型Cu-Ni-Al合金耐蚀性能的影响

在不同温度下对铸态新型Cu-Ni-Al合金进行均匀化退火,通过静态全浸试验、扫描电镜和电化学测试分析均匀化退火对新型Cu-Ni-Al合金耐蚀性能的影响。结果表明:新型Cu-Ni-Al合金的腐蚀速率随均匀化退火温度的升高而降低,在900~950℃间腐蚀速率趋向稳定;在850~950℃下均匀化退火,钝化现象明显,维钝电流密度较小,呈现良好的耐蚀性,但在850℃退火后合金的点蚀现象明显,对合金的耐蚀性不利;在900~950℃下均匀化退火后交流阻抗圆弧半径较大、电流密度较小,呈现较好的电化学特性,耐蚀性较好。     

时效工艺对Cu-1.9Be-0.25Co合金析出行为的影响

对Cu-1.9Be-0.25Co合金进行780℃×4 h固溶处理与不同温度(300,320,340,360℃)和不同时间(1,2,4,8,16 h)的时效处理,研究了时效工艺对合金析出行为的影响规律.结果表明:获得峰时效的时效工艺为320℃×8 h,此时合金的硬度为422 HV;在320℃时效过程中合金析出相的演变规律为亚稳γ″相→半共格γ'相→非共格γ平衡相;时效初期(1～2 h)析出相短时间内大量析出是合金硬度快速升高的主要原因,时效中期(2～8 h)析出相与铜基体的半共格关系是获得峰时效的主要原因,时效后期(8～16 h)析出相和基体脱离半共格关系,合金发生过时效,硬度降低.     

常低压裂缝性地层气举穿漏钻井技术

为解决常低压裂缝性地层钻井过程中的易漏难堵问题,提出了一种气举高效降压穿漏的钻井新技术。该技术采用少量双壁钻杆注气将井筒上部钻井液举升,降低环空ECD实现易漏地层快速穿越。通过多相流模拟分析了立管压力、双壁钻杆下深、注气量及钻井液排量等关键工艺参数对环空ECD的影响,建立了以“最优气举效率”为目标的优化设计方法,并利用优化后施工方案,完成了一口常低压岩溶漏失井的先导试验。试验结果表明,利用该技术可在不堵漏的情况下快速建立稳定的循环,同时满足携岩及轨迹控制要求,大幅缩短因井漏引起的非生产时效,具有良好推广应用前景。     

稀土铈与磷相互作用对纯铜晶粒尺寸和导电性能的影响

在纯铜铸锭中添加不同含量的稀土铈和磷元素,借助电导率测试和微观组织结构分析,研究了稀土铈与磷元素相互作用对纯铜晶粒尺寸和导电性能的影响,阐明了铈、磷元素相互作用影响含磷纯铜晶粒尺寸与导电性能的有关机理.结果表明:纯铜中稀土铈与磷元素相互作用可显著细化铸锭晶粒尺寸,并提高其电导率.含0.016％磷纯铜中添加稀土铈后,晶粒尺寸可由963.67μm减小至198.75μm,晶粒形态由柱状晶转变为等轴晶;电导率随稀土铈含量的增加呈先提高后降低的趋势,铈含量增加至0.014％时,电导率可由81.16％lACS提高至96.14％lACS.这主要与稀土铈可以和磷相互作用形成铈磷化合物有关;一方面,铈磷化合物的形成可抑制磷元素凝固偏析而导致的柱状晶长大,并起到钉扎阻碍晶粒长大的作用;另一方面,可降低铜中固溶磷含量而提高导电性能,但铈过量时将会导致晶界和第二相数量过多、铜材纯度降低,进而影响电子散射而降低其导电性能.