Ti、Sn、Zn对Cu-Ni合金微观组织和性能的影响

发布时间：2017-08-29 14:30

  本文关键词：Ti、Sn、Zn对Cu-Ni合金微观组织和性能的影响

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【摘要】：本研究通过在Cu-Ni二元合金中加入金属元素Ti,形成化合物析出Cu4Ti相、Ni2Ti相和少量的NiTi相来细化Cu-Ni合金的晶粒尺寸。同时,合金元素Ti弥散分布在Cu-Ni合金中,提高了Cu-Ni合金的强度。在对Cu-Ni-Ti合金进行时效处理后,使Cu-Ni-Ti合金中的析出相逐渐增多,固溶在铜中的合金元素减少,电子的散射能力下降,从而提高了Cu-Ni-Ti合金的电导率。首先对Cu-Ni-Ti合金进行成分设计、锻压、轧制和时效处理,并对Cu-Ni-Ti合金进行金相显微组织分析、X射线衍射分析、差热分析、扫描电镜分析和能谱分析。通过对Cu-Ni-Ti合金进行合理的成分设计,有效地避免了合金元素Ti对Cu-Ni合金电导率的影响。为了改善Cu-Ni-Ti合金的综合性能,在Cu-Ni-Ti合金的基础上,通过添加合金元素Zn、Sn提高Cu-Ni-Ti合金的电导率和硬度。使用光学电子显微镜(OM)、差热分析仪(DTA)、X射线衍射仪(XRD)、EDS能谱分析仪和扫描电镜(SEM)等分析测试手段,对Cu-Ni-Ti-Zn合金和Cu-Ni-Ti-Sn的显微组织及第二相形貌和成分进行了分析。结合差热分析对时效后的生成相进行了分析和判断,同时采用Miedema理论模型对Cu-Ni-Ti-Zn合金各生成相相序进行了热力学计算。研究结果表明:(1)Cu-Ni-Ti(电导率为54.17%IACS,维氏硬度为201Hv)合金的综合性能要优于C7025(Cu-3.0Ni-0.65Si-0.15Mg是一种常用的引线框架材料,电导率为50%IACS,维氏硬度约为200Hv)合金。因此,作为一种新型引线框架用铜合金材料,Cu-Ni-Ti合金具有良好的电导率和硬度。(2)在Cu-Ni-Ti合金中加入金属元素Sn,生成了新的化合物相Sn3Ti5。化合物相Sn3Ti5对Cu-Ni-Ti合金的晶粒细化效果显著,提高了Cu-Ni-Ti合金的强度。同时合金元素Sn的加入提高了Cu-Ni-Ti合金的韧性和轧制加工性能。使铜合金的电导率和硬度也有一定的提高。(3)金属元素Zn的加入对Cu-Ni-Ti合金起到了晶粒细化的作用,同时使Cu-Ni-Ti合金的硬度也得到了明显的提高。随着合金中Zn含量的增加,合金试样的晶粒度在减小。当Cu-Ni-Ti合金中的Zn含量增加到一定程度时,晶粒度却没有继续减小,硬度值也在下降。因此,在Cu-Ni-Ti合金中Zn的含量为0.05wt%时,Cu-Ni-Ti-Zn合金的力学性能最优。合金元素Zn的加入可导致Cu-Ni-Ti合金的电导率下降,但在加入少量Zn时对Cu-Ni-Ti合金电导率的影响不大。
【关键词】：Cu-Ni-Ti合金 Cu-Ni-Ti-Sn合金 Cu-Ni-Ti-Zn合金 电导率 维氏硬度
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 引言11
• 1.2 铜合金的强化方法11-13
• 1.2.1 细晶强化12
• 1.2.2 弥散强化12
• 1.2.3 加工硬化12-13
• 1.2.4 时效析出强化13
• 1.3 铜合金电导率的影响因素13-14
• 1.4 铜合金材料在集成电路引线框架材料中的应用14-15
• 1.5 本文研究内容15-17
• 第二章 铜合金的制备及分析方法17-25
• 2.1 铜合金的制备18-21
• 2.1.1 铜合金的成分设计18-20
• 2.1.2 铜合金的冶炼20
• 2.1.3 铜合金的轧制及热处理20-21
• 2.2 铜合金的分析方法21-23
• 2.2.1 金相显微组织观察（OM）21-22
• 2.2.2 差热分析（DTA）22
• 2.2.3 X射线衍射分析（XRD）22
• 2.2.4 扫描电镜观察（SEM）及能谱分析(EDS)22
• 2.2.5 Miedema理论模型形成热计算22-23
• 2.3 铜合金的性能检测23-25
• 2.3.1 硬度检测23
• 2.3.2 电导率检测23-25
• 第三章 合金元素Ti对Cu-Ni合金微观组织和性能的影响25-39
• 3.1 引言25-26
• 3.2 Cu-Ni-Ti合金金相显微组织分析26-28
• 3.3 X射线衍射分析（XRD）28-29
• 3.4 扫描电镜分析（SEM）和能谱分析（EDS）29-30
• 3.5 差热分析（DTA）30-33
• 3.6 Cu-Ni-Ti合金的硬度和电导率检测33-36
• 3.6.1 铸态和轧制态合金试样的电导率和硬度检测33-34
• 3.6.2 时效态Cu-Ni-Ti合金试样的电导率和硬度检测34-36
• 3.7 本章小结36-39
• 第四章 合金元素Sn对Cu-Ni-Ti合金微观组织和性能的影响39-53
• 4.1 引言39-40
• 4.2 Cu-Ni-Ti-Sn合金金相显微组织分析40-42
• 4.3 X射线衍射分析（XRD）42-43
• 4.4 扫描电镜分析（SEM）和能谱分析（EDS）43-45
• 4.5 差热分析（DTA）45-47
• 4.6 Cu-Ni-Ti-Sn合金的硬度和电导率检测47-51
• 4.6.1 铸态和轧制态合金试样的电导率和硬度检测47-48
• 4.6.2 时效态合金试样的电导率和硬度检测48-51
• 4.7 本章小结51-53
• 第五章 合金元素Zn对Cu-Ni-Ti合金微观组织和性能的影响53-65
• 5.1 引言53-54
• 5.2 Cu-Ni-Ti-Zn合金金相显微组织分析54-56
• 5.3 扫描电镜分析（SEM）和能谱分析（EDS）56-58
• 5.4 差热分析（DTA）58-59
• 5.5 Miedema形成热计算59-60
• 5.6 Cu-Ni-Ti-Zn合金的硬度和电导率检测60-64
• 5.6.1 铸态和轧制态合金试样的电导率和硬度检测60-62
• 5.6.2 时效态合金试样的电导率和硬度检测62-64
• 5.7 本章小结64-65
• 第六章 结论与展望65-67
• 参考文献67-73
• 致谢73-74
• 攻读硕士研究生期间发表的学术论文74

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本文编号：753792