引线框架用无铍铜合金强化机理研究

摘要

高导高强铜基合金以其优异的综合性能，广泛应用于导电结构件、引线框架等多个领域，Cu-(Ni、Co)-Be系铜合金具有很好的时效强化效应，是铜基合金材料中使用颇多的，也是当今铜基合金中研究的热点。但由于该系合金中加入的Be元素在加工过程中损害人的身体健康，并且对环境造成严重的污染，因而本课题设计了一种主加Co元素和选加 Zr、Si、Ti、稀土等元素的铜合金，名义合金成分为Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr，能实现绿色环保无污染，对该种铜合金进行热处理，实现多元复合强化的效果，满足引线框架用材料高导高强的性能使用要求。
　　对Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr合金进行固溶、时效及冷变形工艺处理，采用硬度计、涡流导电仪、拉伸试验机测试合金的硬度、电导率、强度，运用金相显微镜（OM）观察合金的金相组织，研究合金在不同处理工艺条件下的组织和性能，确定该合金的热处理工艺参数。通过 X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）等手段，研究合金时效过程中的时效析出规律，利用DigitalMicrograph软件及PDF卡片确定合金的时效析出相，揭示了该合金的时效强化机理。主要研究成果如下：
　　将热锻后的Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr合金进行980℃×2h固溶（水冷）+510℃×3h时效（空冷）处理，合金的布氏硬度为198.2HB，电导率为47.9％IACS(27.8MS/M)，合金的抗拉强度为658.5MPa，屈服强度为560.1MPa，延伸率为12.9%。合金经980℃×2h固溶处理后，进行不同变形量的冷变形处理，随着冷变形量的增加，合金时效后的硬度和强度不断增加。合金经980℃×2h固溶（水冷）+60%拉拔变形+480℃×2h时效（空冷）处理后，合金的布氏硬度为225.5HB，电导率为45.9%IACS(26.6MS/M)，抗拉强度为738.2Mpa，屈服强度为699.7MPa，延伸率为11.6%，合金经拉伸断裂后表现为韧性断裂，断口呈韧窝状，合金的晶粒因冷拉变形呈现细条状，且晶粒中存在交错孪晶。
　　合金经980℃×2h固溶（水冷）处理后，分别在510℃下进行8min、0.5h、1 h、2 h、3 h、4 h、6 h、8 h时效（空冷）处理，选取8min、3h、8 h时效处理合金试样进行透射电镜分析。8min时效合金的透射电镜明场像表现为波纹状的应变衬度，且透射电镜的衍射花样呈现卫星斑，结合8min、3h合金X衍射图呈现的边带效应变化，确定Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr合金在时效初期为调幅分解。
　　Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr合金的时效过程中共经历三个阶段：在时效初期，调幅分解逐渐形成G.P区；随着时效时间的延长或时效温度的升高，G.P区开始长大并逐渐转变为中间过渡相，过渡相与基体共格，在基体上形成瓣状的共格应力场；当合金进入时效后期（过时效阶段），中间过渡相转变为具有特定晶体结构的析出相Co2Si，析出相与基体的共格关系被打破，合金的硬度下降。对时效510℃×3h后的合金进行微观分析，发现同时存在有序相、与基体共格的中间过渡相和 Co2Si相，可确定合金的时效过程为连续时效析出，Cu-1.96Co-0.45Si-0.07Zr合金为典型的时效强化型合金。

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第1章 绪论

1.1 本论文的研究背景及选题意义

1.2 铜基合金引线框架的概述

1.3 高导高强铜合金强化方式

1.4 国内外研究现状

1.5 引线框架用无铍多元铜合金的发展趋势

1.6 本论文的研究思路和内容

第2章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 热处理强化工艺

2.3 显微组织的观察与分析

2.4 合金性能的测试

2.5 透射电镜试验

第3章 合金成分设计

3.1 前言

3.2 合金元素的选择

3.3 合金元素的含量

3.4 本章小结

第4章 热处理对Cu-Co-Si-Zr合金组织和性能的影响

4.1 前言

4.2 固溶处理对Cu-Co-Si-Zr合金组织和性能的影响

4.3 时效处理对Cu-Co-Si-Zr合金组织和性能的影响

4.4固溶+冷变形+时效处理对Cu-Co-Si-Zr合金组织和性能的影响

4.5 Cu-Co-Si-Zr合金与国内外相关材料的性能对比

4.6 本章小结

第5章 Cu-Co-Si-Zr合金微观分析

5.1 前言

5.2 X射线衍射分析

5.3透射电镜实验分析

5.4 微观结构对性能的影响

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢