通過熱型水平連鑄工藝制備了Cu-3.5Ag合金,經(jīng)950℃×1 h固溶,以及450℃下分別保溫2、4、6和8 h的時效熱處理,研究了時效時間對合金性能和析出相特征的影響。結(jié)果表明:隨著時效時間的增加,合金的硬度呈先急劇升高后緩慢下降趨于平緩的趨勢,合金的導電率基本保持不變;隨著時效時間增加,析出相形貌、大小和數(shù)量均發(fā)生顯著改變,富Ag相和銅基體始終保持半共格關(guān)系且兩者具有完全一致的取向,半共格界面有效阻礙了位錯運動從而使基體得到強化,相同的取向關(guān)系降低了析出相對電子的散射,進而對合金硬度和導電率具有改善效果。試驗范圍內(nèi),Cu-3.5Ag合金經(jīng)450℃×4 h時效熱處理后,硬度和導電率分別為122.62 HV0.1和86.20%IACS,綜合性能較好。 

【文章來源】：材料熱處理學報. 2020,41(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

經(jīng)450 ℃×4 h時效后Cu-3.5Ag合金TEM像

不同時效時間下的Cu-3.5Ag合金微觀組織,如圖1～圖4所示。圖1為經(jīng)950 ℃×1 h固溶后Cu-3.5Ag合金微觀組織,由圖1中可以看出,Cu基體除分布有少量位錯外無明顯富Ag相,選區(qū)衍射花樣的標定如圖1(b),Cu基體的晶帶軸為[001],未觀察到Ag的衍射斑點,說明Ag原子完全固溶形成過飽和固溶體。圖2為經(jīng)450 ℃×2 h時效處理后的Cu-3.5Ag合金微觀組織。由圖2(a)可以看出,由于保溫時間較短,大多數(shù)Ag原子依舊以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周圍存在少量位錯。圖2(b)衍射花樣只有Cu基體的衍射花樣,出現(xiàn)高階勞埃帶效應(yīng),原因可能是TEM制樣時衍射花樣不正或者式樣部分區(qū)域太厚,使得零層倒易面傾斜,從而增加了上下層倒易面與反射球的相交機會。圖2(c)對析出相進行HRTEM像分析,富Ag相周圍存在晶體缺陷,造成應(yīng)力場襯度不同。晶界、位錯、空位等缺陷對析出相的形核及長大起促進作用,同時這些缺陷也會為析出相形核提供有利位置。對HRTEM像進行傅里葉變換得到衍射花樣進行分析和標定如圖2(d),可以看出析出相與Cu基體取向完全一致為:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相與基體cube-on-cube的位向關(guān)系[20]。根據(jù)界面錯配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分別為析出相和基體的兩平行界面的面間距[14,21],計算富Ag相和基體(200)、(020)、(220)晶面的錯配度分別為15.56%,15.44%和13.95%,說明析出相和基體為半共格關(guān)系。時效初期,富Ag相的析出,對位錯運動起到阻礙作用,同時合金固溶度減小,但由于保溫時間較短,析出相數(shù)量太少,以至于對合金硬度和導電率的影響不大。

圖2為經(jīng)450 ℃×2 h時效處理后的Cu-3.5Ag合金微觀組織。由圖2(a)可以看出,由于保溫時間較短,大多數(shù)Ag原子依舊以固溶形式存在,只有少量富Ag相析出,析出相周圍存在少量位錯。圖2(b)衍射花樣只有Cu基體的衍射花樣,出現(xiàn)高階勞埃帶效應(yīng),原因可能是TEM制樣時衍射花樣不正或者式樣部分區(qū)域太厚,使得零層倒易面傾斜,從而增加了上下層倒易面與反射球的相交機會。圖2(c)對析出相進行HRTEM像分析,富Ag相周圍存在晶體缺陷,造成應(yīng)力場襯度不同。晶界、位錯、空位等缺陷對析出相的形核及長大起促進作用,同時這些缺陷也會為析出相形核提供有利位置。對HRTEM像進行傅里葉變換得到衍射花樣進行分析和標定如圖2(d),可以看出析出相與Cu基體取向完全一致為:{200}Ag//{200}Cu和<100>Ag//<100>Cu,富Ag相與基體cube-on-cube的位向關(guān)系[20]。根據(jù)界面錯配度公式 = 2(a-a) a+a ,其中aβ,aα分別為析出相和基體的兩平行界面的面間距[14,21],計算富Ag相和基體(200)、(020)、(220)晶面的錯配度分別為15.56%,15.44%和13.95%,說明析出相和基體為半共格關(guān)系。時效初期,富Ag相的析出,對位錯運動起到阻礙作用,同時合金固溶度減小,但由于保溫時間較短,析出相數(shù)量太少,以至于對合金硬度和導電率的影響不大。經(jīng)450 ℃×4 h時效處理后的Cu-3.5Ag合金微觀組織如圖3所示。圖3(a)可以觀察到大量富Ag相呈鏈狀析出,且析出相周圍存在晶體缺陷及大量位錯。衍射花樣的分析和標定如圖3(b),富Ag相與基體的位向關(guān)系為:(002)Ag//(002)Cu和 [1 2 ˉ 0] Ag // [1 2 ˉ 0] Cu ,富Ag相和基體(002)、(420)、(422)晶面的錯配度分別為11.56%,11.76%和11.92%,δ值較保溫2 h時低,析出相和基體也是半共格關(guān)系。圖3(c)暗場像中較多富Ag相形貌為圓球狀,少量由圓球狀鏈狀排列緊密形成的短棒狀,平均直徑為17～19 nm。大量富Ag相不連續(xù)析出,對位錯阻礙作用大幅度加強;固溶量持續(xù)降低,晶格畸變較少,電子散射作用減弱,此時,合金硬度和導電率都有較大提升。

【參考文獻】：
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