新型高强高弹铜镍硅系合金制备及其微观组织性能的研究
发布时间：2021-01-03 12:16
Cu-Ni-Si系合金作为高强高弹铜合金的代表,具有良好的导电导热性能,是大规模集成电路引线框架端子制造的关键原材料。Cu-Ni-Co-Si系合金相对于Cu-Ni-Si系合金而言,具有更高的强度和导电性能,可满足超大规模集成电路引线框架材料微型化的发展趋势。但相关专利和产品已被国外所垄断,而新型的Cu-Ni-Co-Si系合金在国内产业化生产方面还处于空白阶段。因此,本论文系统研究不同合金元素对Cu-Ni-Co-Si系合金组织性能的影响规律,确定沉淀强化相的类型,研究合金在固溶时效处理过程中的相变特征,揭示出合金元素-沉淀强化相-加工工艺-机械物理性能的内在关系,为高强高弹Cu-Ni-Co-Si系合金板带材国产化生产和应用提供理论依据,具有十分重要的意义。主要研究内容和结果如下:通过设计不同Ni/Si质量比的Cu-Ni-Si合金,系统的研究Ni/Si比对Cu-Ni-Si 合金组织性 能的影响规律,确定 出了综合性能优异的 Ni/Si 比为 4.2～5.1。在Cu-Ni-Si合金中分别添加微量的Co、Cr、Ti和RE元素后,四种合金的硬度和导电率均有提升,其中Co元素的添加能够促进析出相的...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２引线框架材料??目前集成电路引线框架材料中有８０％以上采用高精度铜合金冲蚀而成
?新型高强高弹铜镍硅系合金制备及其微观组织性能的研究???２．２．４?Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ?系合金??目前，能达到超大规模集成电路ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ?Ｌａｒｇｅ?Ｓｃａｌｅ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）所需??综合性能的理想高性能铜合金主要有两类：其一是高强高导型铜合金，即抗??拉强度大于６００ＭＰａ，导电率不小于８０％ＩＡＣＳ；其二是超高强度中导型铜合??金，即抗拉强度不小于８００ＭＰａ，导电率不小于５０％１ＡＣＳ。图２－１为Ｃｕ－Ｃｒ、??Ｃｕ－Ｚｒ、Ｃｕ－Ｆｅ、Ｃｕ－Ｓｎ和Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ等五个系列合金的性能情况ｔ４１４５Ｌ从图２－??１可知Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金最有希望成为超高强度中导型合金。现己开发的Ｃｕ－??Ｎｉ－Ｓｉ系铜合金框架材料最高性能己达到抗拉强度为８００ＭＰａ，导电率为??４０％ＩＡＣＳ［４６－４７］〇??漏??〇［??ｋｎ?ｉｔ?ｉ?Ｉ?ｔ．ｉＸｔ??３００?４００?５００?ＭＯ?７００?ｔＯＯ??抗拉强廋／ＭＰａ??图２－１高性能铜合金抗拉强度和导电率Ｍ??Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ合金是一种较为典型的时效强化型合金，通过适当的处理可获??得高强度、高导电性，世界各国现己开发出了?２０余种Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系铜合金框??架材料，最高性能己达到抗拉强度７５０ＭＰａ，电导率４５％１ＡＣＳ，如Ｃ７０２５０合??金己经广泛用作超大规模集成电路引线框架材料！４８］。??超高强铜合金是国家重大工程和国防军工等所必需的关键材料，加快设??计、研制和产业化的研究，具有重要的社会效益和经济效益。尽管近年来开??发了一些Ｃｕ－Ｔｉ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｍｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ合金，它们具有超高强度和??高温抗应
体的错??配度大到一定程度时，共格界面将被破坏，界面能升高。第二相尺寸细小，??与基体保持共格关系，以切过机制阻碍位错运动，切过机制的强化主要包括??共格强化、有序强化、表面强化和层错强化；第二相尺寸较大时，第二相与??基体转变为半共格或非共格关系。位错会以绕过机制通过析出相，在其周围??形成位错环，这种机制称为Ｏｒｏｗａｎ绕过机制［６８］，此时的临界切应力即为合??金的屈服强度。切过机制产生的强化效果随析出相的尺寸增加而增强，绕过??机制则正好相反＠］，切过机制和绕过机制示意图如图２－２所示。??Ｉ???．?Ｐａｒｔｉｃｌｅ????Ｏｄｅｒ＊！?ｐａｒｔｉｅｓ?ｃｕｔ?ＩｗｃｔｏｋＫＷ．ｏｍ??ｔｏ?ｐｒｏｄｕｃｅ?ｎｅｗ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ａｎｔ卜ｐｈａｓｅ?ｂｏｕｎｄ？ｒｖ?ＩＡＰＢ）?ｗ?＾?Ｌ＊?■?＊?ｂＭｗｎｉ?一??图２－２切过机制和绕过机制示意图Ｗ??（３）细晶强化??合金熔炼过程中通过快速凝固或者加入微量元素限制晶粒快速长大，最??终获得细小的晶粒组织的方式，称为细晶强化。晶粒的尺寸越细小，同体积??内的晶界面积越大，由于晶界两侧的晶粒取向不同，晶粒间的相互滑移变得??困难，使得合金的屈服强度增加，达到了强化的目的［？］。??时效过程中，随着温度的升高或者时效时间的延长，晶粒会逐渐长大并??发生粗化，使得强化效果大大减弱［７｜］。实际生产中，往往通过控制热处理工??－１２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]服役条件下镍基高温合金应力松弛微观机制[J]. 江河,董建新,张麦仓,姚志浩,杨静. 金属学报. 2019(09)
[2]端子连接器用Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金的热变形行为[J]. 邵烨,刘峰,程万林,刘宁,张理贵,林志豪,彭丽军. 特种铸造及有色合金. 2018(03)
[3]手机快充端子铜镍硅引线框架材料研究进展[J]. 庞胜乾,黎晓华. 特种铸造及有色合金. 2017(10)
[4]形变时效对Cu-1.3Ni-0.3Si合金力学性能及导电率的影响[J]. 潘少彬,王智祥,叶艳君,廖跃辉,刘峰. 有色金属(冶炼部分). 2017(08)
[5]铸态Cu-Cr-Zr合金的高温热变形及再结晶行为[J]. 李应举,王聪,张奎良,李立鸿,钟敏,吴渊,杨院生. 金属热处理. 2017(06)
[6]铜合金引线框架材料的现状与发展浅析[J]. 罗斐. 装备制造技术. 2017(05)
[7]引线框架铜带性能与工艺分析[J]. 田军涛. 有色冶金设计与研究. 2016(06)
[8]引线框架用Cu-Sn-Ni-P合金抗软化性能的研究[J]. 刘峰,李正方,郑利明,陈雪科,宛家良,施岳祥,郑芸,汪东亚,彭丽军. 热加工工艺. 2016(22)
[9]Si对热挤压Cu-15Ni-8Sn合金组织和力学性能的影响[J]. 王巽,赵超,陈强,罗宗强,张大童,张卫文. 热加工工艺. 2016(14)
[10]Cu-Ni-Si合金加工工艺与性能的研究[J]. 马鹏. 热处理. 2016(03)
博士论文
[1]超高强CuNiSi系弹性导电铜合金制备及相关基础研究[D]. 雷前.中南大学 2014
[2]新型高性能Cu-Ni-Co-Si合金制备及组织性能的研究[D]. 肖翔鹏.北京有色金属研究总院 2013
[3]沉淀强化铜合金的制备及组织性能研究[D]. 郭守晖.南昌大学 2012
[4]Cu-Ni-Si合金微结构及相变的计算与模拟[D]. 龙永强.上海交通大学 2011
[5]新型高强高导Cu-Ag-Cr合金的组织性能及时效动力学研究[D]. 雷静果.西安理工大学 2007
本文编号：2954966
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：145 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－２引线框架材料??目前集成电路引线框架材料中有８０％以上采用高精度铜合金冲蚀而成
?新型高强高弹铜镍硅系合金制备及其微观组织性能的研究???２．２．４?Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ?系合金??目前，能达到超大规模集成电路ＶＬＳＩ（Ｖｅｒｙ?Ｌａｒｇｅ?Ｓｃａｌｅ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）所需??综合性能的理想高性能铜合金主要有两类：其一是高强高导型铜合金，即抗??拉强度大于６００ＭＰａ，导电率不小于８０％ＩＡＣＳ；其二是超高强度中导型铜合??金，即抗拉强度不小于８００ＭＰａ，导电率不小于５０％１ＡＣＳ。图２－１为Ｃｕ－Ｃｒ、??Ｃｕ－Ｚｒ、Ｃｕ－Ｆｅ、Ｃｕ－Ｓｎ和Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ等五个系列合金的性能情况ｔ４１４５Ｌ从图２－??１可知Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系合金最有希望成为超高强度中导型合金。现己开发的Ｃｕ－??Ｎｉ－Ｓｉ系铜合金框架材料最高性能己达到抗拉强度为８００ＭＰａ，导电率为??４０％ＩＡＣＳ［４６－４７］〇??漏??〇［??ｋｎ?ｉｔ?ｉ?Ｉ?ｔ．ｉＸｔ??３００?４００?５００?ＭＯ?７００?ｔＯＯ??抗拉强廋／ＭＰａ??图２－１高性能铜合金抗拉强度和导电率Ｍ??Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ合金是一种较为典型的时效强化型合金，通过适当的处理可获??得高强度、高导电性，世界各国现己开发出了?２０余种Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ系铜合金框??架材料，最高性能己达到抗拉强度７５０ＭＰａ，电导率４５％１ＡＣＳ，如Ｃ７０２５０合??金己经广泛用作超大规模集成电路引线框架材料！４８］。??超高强铜合金是国家重大工程和国防军工等所必需的关键材料，加快设??计、研制和产业化的研究，具有重要的社会效益和经济效益。尽管近年来开??发了一些Ｃｕ－Ｔｉ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｍｎ、Ｃｕ－Ｎｉ－Ａｌ合金，它们具有超高强度和??高温抗应
体的错??配度大到一定程度时，共格界面将被破坏，界面能升高。第二相尺寸细小，??与基体保持共格关系，以切过机制阻碍位错运动，切过机制的强化主要包括??共格强化、有序强化、表面强化和层错强化；第二相尺寸较大时，第二相与??基体转变为半共格或非共格关系。位错会以绕过机制通过析出相，在其周围??形成位错环，这种机制称为Ｏｒｏｗａｎ绕过机制［６８］，此时的临界切应力即为合??金的屈服强度。切过机制产生的强化效果随析出相的尺寸增加而增强，绕过??机制则正好相反＠］，切过机制和绕过机制示意图如图２－２所示。??Ｉ???．?Ｐａｒｔｉｃｌｅ????Ｏｄｅｒ＊！?ｐａｒｔｉｅｓ?ｃｕｔ?ＩｗｃｔｏｋＫＷ．ｏｍ??ｔｏ?ｐｒｏｄｕｃｅ?ｎｅｗ?ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?ａｎｔ卜ｐｈａｓｅ?ｂｏｕｎｄ？ｒｖ?ＩＡＰＢ）?ｗ?＾?Ｌ＊?■?＊?ｂＭｗｎｉ?一??图２－２切过机制和绕过机制示意图Ｗ??（３）细晶强化??合金熔炼过程中通过快速凝固或者加入微量元素限制晶粒快速长大，最??终获得细小的晶粒组织的方式，称为细晶强化。晶粒的尺寸越细小，同体积??内的晶界面积越大，由于晶界两侧的晶粒取向不同，晶粒间的相互滑移变得??困难，使得合金的屈服强度增加，达到了强化的目的［？］。??时效过程中，随着温度的升高或者时效时间的延长，晶粒会逐渐长大并??发生粗化，使得强化效果大大减弱［７｜］。实际生产中，往往通过控制热处理工??－１２?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]服役条件下镍基高温合金应力松弛微观机制[J]. 江河,董建新,张麦仓,姚志浩,杨静. 金属学报. 2019(09)
[2]端子连接器用Cu-Fe-P-Zn-Sn-Mg合金的热变形行为[J]. 邵烨,刘峰,程万林,刘宁,张理贵,林志豪,彭丽军. 特种铸造及有色合金. 2018(03)
[3]手机快充端子铜镍硅引线框架材料研究进展[J]. 庞胜乾,黎晓华. 特种铸造及有色合金. 2017(10)
[4]形变时效对Cu-1.3Ni-0.3Si合金力学性能及导电率的影响[J]. 潘少彬,王智祥,叶艳君,廖跃辉,刘峰. 有色金属(冶炼部分). 2017(08)
[5]铸态Cu-Cr-Zr合金的高温热变形及再结晶行为[J]. 李应举,王聪,张奎良,李立鸿,钟敏,吴渊,杨院生. 金属热处理. 2017(06)
[6]铜合金引线框架材料的现状与发展浅析[J]. 罗斐. 装备制造技术. 2017(05)
[7]引线框架铜带性能与工艺分析[J]. 田军涛. 有色冶金设计与研究. 2016(06)
[8]引线框架用Cu-Sn-Ni-P合金抗软化性能的研究[J]. 刘峰,李正方,郑利明,陈雪科,宛家良,施岳祥,郑芸,汪东亚,彭丽军. 热加工工艺. 2016(22)
[9]Si对热挤压Cu-15Ni-8Sn合金组织和力学性能的影响[J]. 王巽,赵超,陈强,罗宗强,张大童,张卫文. 热加工工艺. 2016(14)
[10]Cu-Ni-Si合金加工工艺与性能的研究[J]. 马鹏. 热处理. 2016(03)
博士论文
[1]超高强CuNiSi系弹性导电铜合金制备及相关基础研究[D]. 雷前.中南大学 2014
[2]新型高性能Cu-Ni-Co-Si合金制备及组织性能的研究[D]. 肖翔鹏.北京有色金属研究总院 2013
[3]沉淀强化铜合金的制备及组织性能研究[D]. 郭守晖.南昌大学 2012
[4]Cu-Ni-Si合金微结构及相变的计算与模拟[D]. 龙永强.上海交通大学 2011
[5]新型高强高导Cu-Ag-Cr合金的组织性能及时效动力学研究[D]. 雷静果.西安理工大学 2007
本文编号：2954966
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