《新型高強高導電銅鋯鋁合金快速凝固連續鑄造技術研究》是依託大連理工大學,由周秉文擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：新型高強高導電銅鋯鋁合金快速凝固連續鑄造技術研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：周秉文
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高強度高導電性銅合金，是微電子、通訊、交通和航空航天等高新技術領域重要的新型功能材料。本申請前期預研中發現：Al元素的添加可以使Cu-Zr合金在快速凝固後，直接獲得細密纖維狀的雙相增強結構，有效地提高了基體合金的強度。鑒於快速凝固技術在提高銅合金強度和導電率方面的優勢，以及稀土元素(Ce和Y)對銅合金熔體淨化和細晶強化的顯著作用，本項目將以Cu-Zr-Al系合金為研究對象，通過稀土元素微合金化和快速凝固技術，揭示合金組織的演變規律及增強相的穩定機制，明確組織結構與綜合性能的關係；通過對Cu-Zr-Al系合金凝固溫度場的計算分析，獲得形成纖維增強結構的冷卻條件，最佳化石墨水冷銅模鑄型的結構設計，建立起適用於高強高導電Cu-Zr-Al合金的快速凝固連鑄系統，獲得新型高效穩定的製備工藝，使快速凝固高強高導電銅合金不再限於薄帶或單一塊錠產品，為今後我國高強高導電材料的開發和套用提供新思路和新方法。
結題摘要
高強度高導電銅合金，是微電子、通訊、交通和航空航天等高新技術領域重要的新型功能材料。本項目研究了微合金化的CuZrAl合金組織與性能的關係。探索了熱處理工藝對合金導電率和力學性能的影響。同時，設計出快速凝固連續鑄造結晶器，研究了合金的快速凝固連鑄技術，並對連鑄合金棒材進行了組織與性能評價。 銅模噴鑄2 mm直徑Cu90Zr10-xAlx合金棒由α-Cu和Cu5Zr相組成，Al固溶於α-Cu中。其中Cu90Zr9Al1由α-Cu+Cu5Zr的共晶組織基體和其上彌散分布的細小纖維狀Cu5Zr增強相組成，Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5由先析出的枝晶狀α-Cu和枝晶間的α-Cu+Cu5Zr共晶組織構成，Cu90Zr3Al7和Cu90Zr1Al9由α-Cu晶粒和晶界處的少量α-Cu+Cu5Zr共晶組織所構成。Cu90Zr9Al1、Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5合金棒的壓縮屈服強度分別達到1513、1066和812MPa，維氏硬度分別為420、326和250。 銅模鑄造20mm直徑的Cu99Zr0.5Al0.5合金由細小的等軸晶粒組成，晶界處存在少量α-Cu+Cu5Zr共晶組織，冷軋後等軸晶粒轉變為條帶狀變形組織，晶界處共晶組織破碎，呈不連續條狀分布。經過70%冷軋450℃/1h時效的Cu99Zr0.5Al0.5合金，具有較好的綜合性能，抗拉強度為460MPa，伸長率為16%，導電率為60% IACS。對添加0.01%Ce的合金進行950℃/1h固溶處理，固溶處理後經70%冷軋450℃/2h時效處理，抗拉強度達到469.2 MPa、導電率達83.3% IACS。 自主設計出真空雙室差壓快速凝固水平連鑄系統，成功連鑄出純銅和CuZrAl合金及CuZrAlCe合金棒材，合金棒具有良好的表面質量。其中，Cu90Zr9Al1合金棒由交替分布的α-Cu和Cu5Zr相組成，壓縮斷裂強度為996MPa，抗拉強度為865MPa，導電率為12.3%IACS。對於添加0.01at%Ce的Cu-Zr合金，在1250℃的連鑄溫度下、使用2mm/s的拉坯速度、拉5s停2s的連鑄工藝、2L/min的冷卻水流量和0.05MPa壓差，成功製備出表面質量良好的合金棒。
