扩散多元节技术在Cu-Ni-Sn弹性铜合金中的应用研究
Application Research of the Diffusion Multiples Technology in Cu-Ni-Sn Elastic Copper Alloy
Cu-Ni-Sn合金是一种典型的调幅分解强化型弹性铜合金,凭借其高的强度、硬度、弹性和优良的抗应力松弛性能,广泛地应用于电子、航天、航海等领域.然而,Cu-Ni-Sn合金体系复杂,不同成分合金的性能差异较大,传统研究材料的实验方法效率较低,一次只能研究一种或几种成分的合金,很大程度上阻碍了Cu-Ni-Sn合金的研究与发展.本工作针对Cu-Ni-Sn合金体系,实施了Cu-Ni-Cu35Sn的高通量扩散多元节实验.采用光学显微镜、扫描电子显微镜、电子探针、纳米压痕等分析测试手段以及热力学计算方法比较系统地研究了Cu-Ni-Cu35Sn扩散多元节试样的界面特征,并高效地获得了Cu-Ni-Sn合金体系部分子体系的成分与弹性性能关系.本工作的主要结论如下:(1)在650℃对Cu-Ni-Cu35Sn扩散多元节试样进行100~400小时的退火热处理,扩散元及包套间形成了不同程度的扩散过渡层,在过渡层中线性分布着的裂纹孔洞,推断为扩散元的原始界面.Cu-Ni、Cu-Cu35Sn和Ni-Cu35Sn二元界面过渡层具有不同的组织形貌特征.由于Cu、Ni、Sn三个元素间相互扩散的干扰作用,越靠近三元节点位置,二元界面的组织形貌特征越不明显.(2)结合扩散多元节实验结果和CALPHAD相图计算手段,对Cu-Ni-Cu35Sn扩散多元节试样的界面过渡层进行了固态相序列的观察和分析.并根据计算的元素在相变过程中的活度变化对Cu-Ni-Cu35Sn扩散多元节试样的Cu-Ni、Cu-Cu35n、 Ni-Cu35Sn界面的固相序列进行了理论优化.结果表明,在650℃条件下,Cu-Ni界面处仅有fcc_Al相的过渡层;Cu-Cu35Sn界面过渡层固相序列自富Cu端为fcc_Al→D03_Cu3Sn/Cu3Sn; Ni-Cu35Sn界面的固相序列自富Ni端为fcc_Al+Ni3Sn_LT→fcc_Al+Ni3Sn2→Ni3Sn2+D03_Cu3Sn/Cu3Sn.(3)通过在Cu-Ni-Cu35Sn扩散多元节试样上实施电子探针和纳米压痕高分辨扫描测试,分析研究了Cu-Ni和Cu-Sn合金体系的成分-硬度/弹性性能关系,结果表明,在650℃条件下经400小时退火热处理后,Cu-Ni合金的硬度在Cu含量为50at.%附近达到最大值,而其弹性模量随着Cu含量的升高逐渐降低.Cu-Sn合金的硬度和弹性模量均与Cu含量呈负相关的关系.同时,采用该方法,定量地获得了Cu-Ni和Cu-Sn合金体系成分-硬度/弹性性能关系.
- 作者：
- 赵洋
- 学位授予单位：
- 北京有色金属研究总院
- 专业名称：
- 材料科学与工程
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 黄国杰
- 中图分类号：
- TG146.11
- 关键词：
- Cu-Ni-Sn；扩散多元节；扩散偶；材料基因组计划
- Cu-Ni-Sn; diffusion multiple; diffusion couple; Materials Genome Initiative;