Cu-3.1Ni-0.7Si合金的电阻原位测量和固态相变研究

摘要

高强高导特性受到世界各国材料研究者的广泛关注。迄今为止,对cu_Ni—Si合金的固态相变行为并没有一个准确的认识。基于相变过程伴随着导电率显著变化这一特征,考察相变过程中导电率变化成为当前研究Cu—Ni—Si固态相变行为的主流途径。针对静态电阻测量无法获得实时可靠数据及相组织演化的难题,本文提出了一种原位电阻测量研究Cu-Ni.Si合金的固态相变的方法。
　　本文主要研究了两个方面的内容:原位电阻测量与同步水淬装置的设计与校核以及Cu-Ni—Si合金在等温时效与连续冷却过程中的原位电阻测试与分析。从而研究Cu-Ni.Si合金在该过程中的固态相变过程。本文得到的主要研究结论如下:
　　(1)通过对纯铜和纯铁在加热过程中电阻的原位采集,线性拟合后与标准纯铜和纯铁的电阻温度系数进行比较分析,对装置的可靠性进行了评估。结果表明,本文提出的原位电阻测量与同步水淬装置具有较高的精确度和较小的误差,能用于合金固态相变行为的原位研究。
　　(2)等温时效过程中,电阻一时问曲线表明:在时效初期,合金的电阻值随时间的延长出现急剧下降,之后电阻的降低趋势趋于平缓,直至稳定。电阻急剧下降的原因归于合金内部组织发生了相变。时效初期相转变体积分数上升较快,说明新相的生成和长大速度较快,减小了固溶体对电子自由运动的阻力,使得电阻快速下降。
　　(3)由lnln(1/(1-f(O))与Int图可知Avrami指数n及斜率InK,从而获得了等温相变动力学方程及其对应的固态相变的机制:在时效初期,合金的相变方式主要为长程扩散型生长,900。C固溶合金在400℃时效初期,属于从小尺寸开始的各种形状的生长,最初成核后成核率即下降为0,主要为初始形核得到的晶核生长;800℃固溶合金在400℃时效初期,属于初始体积较大的颗粒生长。450℃和500℃的时效初期,生长方式相同,属于从小尺寸开始的各种形状的生长,成核率随时间减少,主要为晶核的生长;分析Avrami指数n,n值均近似为1,可知,合金在时效过程中受三维形核反应机理控制。分析相变的发生主要因为在时效的过程中析出了δ-Ni2Si相,并在该过程中形核并长大。
　　综上,在时效温度为400。C时,合金相变过程主要为调幅分解+长程扩散型生长+三维形核:时效温度在450℃2及500℃时,合金的相变主要为长程扩散型生长+三维形核长大。
　　(4)900℃固溶合金连续冷却过程中,原位电阻测量所得的电阻-温度曲线表明,相变的发生主要在中温区间,每分钟分别降温1℃、2℃、3℃、4℃时合金电阻的相变开始点和相变结束点,分别为:734℃和592℃,722℃和590℃,729℃和586℃,720℃和583℃。800℃固溶合金连续冷却过程中,每分钟分别降温1℃、2℃、3℃、4℃时合金电阻的相变开始点分别为:700℃、691℃、704℃和643℃。新相的形成需要有孕育期,冷却速度越大,孕育期越短。并且相转变的开始温度会有所降低。相变过程中黑色颗粒状相的析出是电阻突降的主要因素。

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1 引言

1.1 国内外固态相变的研究方法

1.2 几种测量电阻的方法

1.3关于Cu-Ni-Si合金固态相变的研究背景

1.4 研究目的和意义

2 实验流程及实验方法

2.1 实验流程

2.2 实验方法

3 原位电阻测量及同步水淬装置的设计、实现及校核

3.1 原位电阻测量及同步水淬装置的设计原理

3.2 原位电阻测量及同步水淬装置的实现

3.3 原位电阻测量及同步水淬装置的校核

4 Cu-Ni-Si合金等温时效相变机制

4.1 铸态合金显微组织及其固溶处理工艺的探讨

4.2 原位电阻法测量Cu-Ni-Si合金等温条件下的电阻转变曲线

4.3 时效过程中的固态相变机制

4.4 同步水淬样品的显微组织分析

4.5 小结

5 原位电阻法测量Cu-Ni-Si合金的冷却曲线及冷却过程相变机制

5.1 900℃固溶处理后合金冷却转变曲线的测定及分析

5.2 800℃固溶处理后合金冷却转变曲线的测定及分析

5.3同步水淬样品的显微组织分析

5.4小结

6 结论

致谢

参考文献

硕士研究生期间发表的论文