噴射沉積技術(shù)及其在高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金中的應(yīng)用03

1、中 南 大 學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院 材料制備新技術(shù)作業(yè)噴射沉積技術(shù)及其在高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金中的應(yīng)用 引言 銅，3，沸點(diǎn)2567。常見(jiàn)化合價(jià)+1和+2（3價(jià)銅僅在少數(shù)不穩(wěn)定的化合物中出現(xiàn)）。電離能7.726電子伏特。銅是人類(lèi)發(fā)現(xiàn)最早的金屬之一，也是最好的純金屬之一，稍硬、極堅(jiān)韌、耐磨損。還有很好的延展性。銅和它的一些合金有較好的耐腐蝕能力，在干燥的空氣里很穩(wěn)定。但在潮濕的空氣里在其表面可以生成一層綠色的堿式碳酸銅，這叫銅綠?？扇苡谙跛岷蜔釢饬蛩?，略溶于鹽酸。容易被堿侵蝕。銅的最大特點(diǎn)是具有高導(dǎo)電性和高導(dǎo)熱性，但是純銅強(qiáng)度偏低，在不損失導(dǎo)電性的情況下，提高銅合金強(qiáng)度并不容易，往往要以損失電導(dǎo)率為代

2、價(jià)。如何在大幅度提高銅的強(qiáng)度的同時(shí)，盡量保持銅的高導(dǎo)電性，即實(shí)現(xiàn)銅的高強(qiáng)高導(dǎo)是現(xiàn)代銅加工業(yè)發(fā)展的重要課題。所謂高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，一般是指抗拉強(qiáng)度（b）為銅的210倍（3502000MPa），導(dǎo)電率為銅的50%95%的銅合金。國(guó)際上公認(rèn)的理想指標(biāo)為b = 600800MPa，導(dǎo)電性80%IACS。高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金主要應(yīng)用領(lǐng)域是電子信息產(chǎn)業(yè)超大規(guī)模集成電路引線框架1，國(guó)防軍工用電子對(duì)抗、雷達(dá)、大功率軍用微波管2，高脈沖磁場(chǎng)導(dǎo)體3，核裝備和運(yùn)載火箭4，高速軌道交通用架空導(dǎo)線5，3001250kw大功率調(diào)頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)導(dǎo)條、端環(huán)6，汽車(chē)工業(yè)用電阻焊電極7,8，冶金工業(yè)用連鑄機(jī)結(jié)晶器9，電真空器件，電

3、器工程用開(kāi)關(guān)、觸橋等10,11，因此這類(lèi)材料在眾多高新技術(shù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金是一類(lèi)具有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的功能材料。它不但具有高的強(qiáng)度和良好的塑性，而且繼承了紫銅優(yōu)良的導(dǎo)電性能，是制備大型集成電路引線框架$電車(chē)及電力火車(chē)架空導(dǎo)線等的優(yōu)良材料。我們知道銅合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率之間有著此消彼長(zhǎng)的關(guān)系即：采用某種手段使銅合金得到強(qiáng)化后，其導(dǎo)電率必然有某種程度的下降。因此，如何根據(jù)不同應(yīng)用環(huán)境的要求選擇合適的強(qiáng)化方式解決兩者之間的矛盾成為此類(lèi)銅合金研究開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵。1 噴射沉積技術(shù)噴射沉積是近30年發(fā)展起來(lái)的利用快速凝固方法直接制備金屬材料坯料或半成品的一種先進(jìn)的成形技術(shù)，主要由

4、熔融金屬的氣體霧化、霧化熔滴的沉積等連續(xù)過(guò)程組成。噴射成形包括如下工藝。噴射軋制：噴射沉積形成連續(xù)的帶材產(chǎn)品，隨后進(jìn)行熱軋或冷軋。噴射鍛造：目的在于生產(chǎn)供熱鍛用的噴射鑄造預(yù)型坯，或者在噴射鑄造中空坯后擠壓。離心噴射沉積：焙融金屬被離心霧化，沉積在冷襯底上，由襯底上可取下形成的大管子。噴射涂層：涂層結(jié)合在襯底上，同時(shí)噴射噴丸，可制得全致密熱加工的無(wú)應(yīng)力沉積物。噴射沉積的基本原理是：熔融金屬經(jīng)導(dǎo)流管流出，被霧化噴嘴出口的高速氣流破碎，霧化為細(xì)小彌散的熔滴射流；霧化熔滴射流在高速氣流動(dòng)量作用下加速，并與氣流進(jìn)行強(qiáng)烈的熱交換；到達(dá)沉積表面前，小于某一臨界尺寸的熔滴凝固成為固體顆粒，較大尺寸的仍然為液態(tài)

5、 而中間尺寸的熔滴則為含有一定比例液相的半凝固顆粒；這些大大小小凝固程度不同的熔滴高速撞擊沉積表面 并在沉積表面附著、鋪展、堆積、熔合形成一個(gè)薄的半液態(tài)層后順序凝固結(jié)晶，逐步沉積生長(zhǎng)成為一個(gè)大塊致密的金屬實(shí)體沉積坯。概括來(lái)說(shuō)，噴射沉積技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)兩個(gè)過(guò)程完成的。第一步是采用噴射技術(shù)將合金液霧化成細(xì)小的液滴。這些液滴在飛行過(guò)程中散熱，獲得一定的過(guò)冷度，甚至發(fā)生部分凝固。在完成凝固之前在基板上沉積并進(jìn)一步冷卻、凝固，完成第二個(gè)過(guò)程，即快速凝固過(guò)程。對(duì)于第一個(gè)工藝環(huán)節(jié)，關(guān)鍵是控制液滴的尺寸和初始速度。為了獲得更大的凝固速率，需要獲得盡可能小的液滴。同時(shí)，液滴應(yīng)具有盡可能大的速度，增加沉積過(guò)程的沖

6、擊力，利于提高沉積體的致密度。沉積體的表面應(yīng)該維持一個(gè)具有一定厚度的液膜，保證合金液滴(部分液滴可能已經(jīng)凝固)能夠“嵌入”(見(jiàn)圖1)從而獲得均勻的快速凝固組織。1一已凝固的沉體；2 完全凝固的顆粒； 3一部丹凝固的顆粒；4一液態(tài)顆粒；5一音細(xì)小結(jié)晶核心的液膜圖1 噴射沉積法沉積體的表面和液滴狀態(tài)合金液滴沉積后的凝固過(guò)程是由基板和沉積體的傳熱過(guò)程控制的。為了獲得大的凝固速率，基板應(yīng)具有大的蓄熱系數(shù)。然而，隨著沉積體厚度的增大，沉積體中的熱阻增大，成為傳熱的控制環(huán)節(jié)。同時(shí)，隨著沉積過(guò)程的進(jìn)行，沉積體和基板吸收的合金液滴帶來(lái)的熱量越來(lái)越多，溫度不斷升高，從而導(dǎo)致凝固速率減小。因此，提高冷卻速率并保證

7、凝固速率穩(wěn)定，是噴射沉積技術(shù)工藝過(guò)程控制的關(guān)鍵。對(duì)此可采取的工藝措施是：對(duì)基板和沉積體采取必要的冷卻措施；控制沉積速度。噴射成形受重視的主要原因是：能夠制造大型薄壁零件和獲得連續(xù)帶材，可得到細(xì)晶粒和性能優(yōu)異的材質(zhì)，節(jié)約能源，降低成本。2. 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究現(xiàn)狀根據(jù)不同的強(qiáng)化機(jī)制, 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金可分為沉淀強(qiáng)化銅合金、彌散強(qiáng)化銅合金和銅基原位復(fù)合材料等。下面對(duì)這三種主要的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的制備方法、性能特點(diǎn)、存在的問(wèn)題、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分別進(jìn)行概述。2.1 沉淀強(qiáng)化銅合金沉淀強(qiáng)化銅合金是通過(guò)某些元素在銅中溶解度隨溫度的變化很大，利用高溫固溶淬火，中溫時(shí)效沉淀析出彌散分布的納米粒子來(lái)強(qiáng)化合金的

8、。典型合金有Cu-Zr、Cu-Cr、Cu-Cr-Zr 合金。Cu-Zr 系合金是一類(lèi)已經(jīng)廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，其主要特點(diǎn)是在滿足一定強(qiáng)度的條件下，仍能保持很高的電導(dǎo)率。銅與鋯形成Cu3Zr 金屬間化合物，但常規(guī)固溶時(shí)效時(shí)，鋯銅在111晶面析出的Cu3Zr 呈疏而粗大的片狀，時(shí)效硬化效果較差12。最初Saarivita13在研究Cu-Zr 合金時(shí)發(fā)現(xiàn)，Zr 在銅中的固溶度非常小，導(dǎo)電率降低不大，彌散分布的Cu3Zr 能強(qiáng)化銅基體，因而在室溫和高溫下都具有良好的力學(xué)性能和導(dǎo)電性能。七十年代末，Taubenblat14等人成功的開(kāi)發(fā)出Cu-0.15Zr 合金并應(yīng)用于軍事和電子領(lǐng)域。Larberg

9、15等人研究高壓氦氣超聲霧化制備銅鋯合金，這種方法制備的Cu-0.15Zr 合金具有更為優(yōu)良的綜合性能，其屈服強(qiáng)度可達(dá)406Mpa ，拉伸強(qiáng)度可達(dá)460Mpa ，導(dǎo)電率高達(dá)91 IACS 。Cu-Cr 系合金也是目前廣泛應(yīng)用的高強(qiáng)高導(dǎo)材料之一，其主要特點(diǎn)也是在保持高導(dǎo)電率的同時(shí)具有較高的強(qiáng)度。Cu-Cr 合金時(shí)效硬化性大，但容易產(chǎn)生過(guò)時(shí)效12。Cu-Cr-Zr 合金比目前廣泛使用的Cu-Cr、Cu-Zr合金具有更好的綜合性能。因?yàn)镃u-Cr-Zr時(shí)效析出的Cr和Cu3Zr粒子數(shù)量多且分布細(xì)小彌散，阻礙了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)和晶界的遷移，而且其固溶溫度的變化對(duì)硬度的影響比Cu-Cr合金小，其冷變形量不超過(guò)

10、50就能達(dá)到良好的硬化效果。因而生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，其強(qiáng)度、電導(dǎo)率、導(dǎo)熱率等均較高12。目前，國(guó)外高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金材料成分設(shè)計(jì)仍以沉淀強(qiáng)化型合金為主導(dǎo)，正朝著多元微合金化和多相強(qiáng)化方向發(fā)展?，F(xiàn)存主要的問(wèn)題有：（1）第四和第四以上組元添加種類(lèi)及其在合金中的存在形式和作用研究很不充分；（2）如何利用微合金化技術(shù)來(lái)改善合金二次加工性能（如沖裁、蝕刻、焊接、抗氧化等）也是合金成分設(shè)計(jì)所需研究的重要課題；（3）如何解決非真空熔鑄條件下易氧化元素（如Zr）添加技術(shù)仍是一大難題13-15。彌散強(qiáng)化銅合金是向基體中引入零固溶度的彌散分布的第二相納米粒子來(lái)強(qiáng)化合金。Al2O3 , ZrO2 ,SiO2 , Y2O3 ,

11、 ThO2 等氧化物具有硬度高、熱穩(wěn)定性好和較易獲得細(xì)小的顆粒等特點(diǎn), 最適合用作彌散體16。典型的彌散強(qiáng)化銅合金為Cu-Al2O3 合金，強(qiáng)化相是納米級(jí)Al2O3 （內(nèi)氧化法生成），主要用于國(guó)防軍工。目前彌散強(qiáng)化銅的研究和應(yīng)用主要集中在氧化物彌散強(qiáng)化銅。氧化物具有高模量、高熔點(diǎn)、高穩(wěn)定性和高強(qiáng)度等特點(diǎn)，它的加入會(huì)極大地提高銅的抗拉強(qiáng)度、彈性模量、硬度和耐磨性，但同時(shí)也會(huì)降低銅的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，因此氧化物的加入量受到限制。彌散強(qiáng)化銅合金的發(fā)展方向是：尋找導(dǎo)電型的復(fù)合強(qiáng)化相，進(jìn)一步提高導(dǎo)電性。TiB2由于具有高熔點(diǎn)（3253）、高硬度（30GPa）、低電阻率（10 -4·cm）、高導(dǎo)熱

12、率（25Jm -1 s -1 K -1 ）17而成為銅基復(fù)合材料的增強(qiáng)相備選材料；發(fā)展高密度、高均勻納米微區(qū)原位反應(yīng)控制原理與方法，進(jìn)一步提高銅合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電性；尋找短流程復(fù)合原理與方法，降低成本 。銅基原位復(fù)合材料是通過(guò)往銅中加入一定過(guò)量的過(guò)渡族合金元素（Nb、Cr、Fe、Ta、V、Mo、W），制得兩相復(fù)合體，過(guò)量元素以單相形式，呈枝晶狀（熔煉法）或顆粒狀（粉末冶金法）的形式存在于固態(tài)合金中18。經(jīng)大變形量的形變后，過(guò)渡族金屬相形成了平行于線拉方向的納米纖維，從而使合金成為纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。適用于此法的合金元素要求在銅中的溶解度很小，不至于對(duì)銅基體導(dǎo)電率產(chǎn)生太大的影響；且具有良好的塑性，通

13、常其體積分?jǐn)?shù)應(yīng)保持在20%以下。Bevk等用此法首次制備了含15-20vol%Nb的Cu-Nb復(fù)合材料，其強(qiáng)度接近2000MPa19-21。Cu-Be 合金時(shí)效強(qiáng)化后也可達(dá)到此強(qiáng)度范圍，但其導(dǎo)電率不到Cu-Nb的1/2。已開(kāi)發(fā)的典型銅基形變?cè)粡?fù)合材料有Cu-Nb、Cu-Ag、Cu-Ta、Cu-Cr、Cu-Fe等, 它們最大的優(yōu)點(diǎn)是b 高達(dá)2000MPa ，并且有較高導(dǎo)電性, 但性能極易衰減。存在的問(wèn)題有：第一，形變?cè)粡?fù)合銅基合金的造價(jià)偏高。從已有的研究看，Cu-Ag、Cu-Nb具有較好的性能組合，但其原材料十分昂貴；而Cu-Cr、Cu-Fe等雖然原材料較便宜，但由于在固態(tài)下Cu與Cr或與F

14、e有互溶，已有的研究均采用粉末冶金方法制備Cu-Cr、Cu-Fe原始合金，致使成本提高，影響了其應(yīng)用前景。因此有必要以降低成本為原則，加強(qiáng)合金元素選擇、制備工藝改進(jìn)等方面的研究，開(kāi)發(fā)新型形變?cè)汇~基復(fù)合材料。第二，強(qiáng)化機(jī)制有待進(jìn)一步探討。雖然對(duì)這種復(fù)合材料的強(qiáng)化機(jī)理已有大量研究，提出了多種強(qiáng)化模型如混合規(guī)則、修正混合規(guī)則、障礙模型、位錯(cuò)擴(kuò)展模型等，但仍然存在一些爭(zhēng)議。第三，微觀組織結(jié)構(gòu)仍需進(jìn)一步研究。已有的研究認(rèn)為，經(jīng)較大的形變后在合金的原位復(fù)合纖維內(nèi)幾乎沒(méi)有位錯(cuò)，而在纖維界面處形成高密度位錯(cuò)區(qū)21，并存在明顯的形變織構(gòu)，但纖維相結(jié)構(gòu)、纖維相和銅基體的相界面特點(diǎn)均未見(jiàn)報(bào)導(dǎo)。第四，使用性能評(píng)估。

15、銅基原位形變復(fù)合材料由于良好的極限抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電性，被認(rèn)為是高脈沖磁場(chǎng)導(dǎo)體材料的最佳替代品。但是，當(dāng)產(chǎn)生高脈沖磁場(chǎng)時(shí)，將產(chǎn)生焦耳熱，例如，50T的脈沖磁場(chǎng)將使材料產(chǎn)生200的溫升22。這將有可能使銅基原位形變復(fù)合合金產(chǎn)生回復(fù)、甚至再結(jié)晶和第二相纖維斷開(kāi)。因此有必要進(jìn)一步研究銅基原位形變復(fù)合合金的熱穩(wěn)定性，評(píng)估其使用性能。銅基原位復(fù)合材料的發(fā)展方向是：研究納米纖維胞結(jié)構(gòu)失穩(wěn)機(jī)制，發(fā)展防失穩(wěn)原理與方法，解決強(qiáng)度自然衰減問(wèn)題; 發(fā)展形變?cè)粡?fù)合新方法。3. 高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的強(qiáng)化方式銅合金的導(dǎo)電率和強(qiáng)度往往成反比關(guān)系，一般說(shuō)來(lái)，導(dǎo)電率高則強(qiáng)度低，強(qiáng)度高則導(dǎo)電率很難提高。合金元素的加入都不同程度地降低銅

16、的導(dǎo)電率。因而必須采用特殊的強(qiáng)化方式在保證導(dǎo)電率的前提下盡可能提高其強(qiáng)度。通常采用的強(qiáng)化方式有：形變強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、固溶強(qiáng)化+淀強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、纖維復(fù)合強(qiáng)化。形變強(qiáng)化是通過(guò)塑性形變使銅合金的強(qiáng)度和硬度得以提高。由于冷加工產(chǎn)生的晶體缺陷對(duì)材料的導(dǎo)電性影響不大，而且在回復(fù)或在結(jié)晶過(guò)程中可以部分或全部恢復(fù)，這種強(qiáng)化方式在提高強(qiáng)度的同時(shí)仍使合金具有很高的導(dǎo)電性。但單一的形變強(qiáng)化使合金強(qiáng)度提高的幅度有限，所以常和其他強(qiáng)化方式共同使用。彌散強(qiáng)化是第二相粒子彌散分布于銅基體中，使材料的強(qiáng)度得以提高的強(qiáng)化方式。為了在銅基體中獲得彌散分布的第二相粒子，可以人為的在銅基體中加入第二相粒子或通過(guò)一定的工藝在銅基體中

17、原位生成彌散分布的第二相粒子。其具體方法有：機(jī)械混合法、共沉淀法、反向凝膠析出法、電解沉淀法、內(nèi)氧化法23等。其第二相的化學(xué)組成有：Cu-ThO2、Cu-Y2O3、Cu-ZrO2、Cu-Al2O3等。這種強(qiáng)化方法在使強(qiáng)度提高的同時(shí)，并不使銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性有很大的損失。固溶強(qiáng)化+淀強(qiáng)化是指在銅基體中加入少量的合金元素，使合金元素對(duì)銅基體起到固溶強(qiáng)化作用的強(qiáng)化方式。但由于合金元素對(duì)電子運(yùn)動(dòng)的散射作用，固溶強(qiáng)化往往使合金的導(dǎo)電性下降。但固溶合金若能經(jīng)時(shí)效處理后，大部分合金元素從固溶體中析出，形成彌散分布的析出相，則其又能產(chǎn)生析出強(qiáng)化。同時(shí)合金元素析出也使合金的導(dǎo)電性得到大幅度的提高24。纖維復(fù)合強(qiáng)

18、化是人為地在銅基體中加入增強(qiáng)相纖維，使之定向規(guī)則地排列在銅基體中，或通過(guò)一定的工藝使基體中原位生成均勻相間、定向整齊排列的第二相纖維來(lái)達(dá)到強(qiáng)化合金的目的。纖維的存在使位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的阻力增大，從而使復(fù)合體得以強(qiáng)化25。原位復(fù)合強(qiáng)化制得的高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金具有極高的強(qiáng)度和良好的導(dǎo)電率。細(xì)晶強(qiáng)化是在澆鑄時(shí)采用快速凝固措施或采用熱處理手段獲得細(xì)小的晶粒來(lái)強(qiáng)化合金，細(xì)化晶粒也可以用加入某種微量合金元素來(lái)現(xiàn)實(shí)。按照Hall-Petch公式26可知，晶粒尺寸減小，合金強(qiáng)度提高。由于晶粒細(xì)化僅使晶體界面增多，因而對(duì)導(dǎo)電率影響不大22。在高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金的制備工藝中，上述五種強(qiáng)化機(jī)制，可以是一種強(qiáng)化機(jī)制起作用，也

19、可以是幾種強(qiáng)化機(jī)制綜合起作用。因此根據(jù)不同產(chǎn)品的特點(diǎn)及性能要求，選用不同的制備工藝是非常重要的。4. 噴射沉積法制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金噴射沉積法原位合成Cu基復(fù)合材料，主要分為傳統(tǒng)噴射沉積法和反應(yīng)噴射沉積法。由于傳統(tǒng)噴射沉積法是在熔煉好含反應(yīng)元素的合金以后再進(jìn)行噴射沉積27，由于這種方法元素間的反應(yīng)是在噴射沉積之前進(jìn)行，必然會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)化相的粗化，影響最終合金性能。如文獻(xiàn)27采用此方法制備的TiB2/Cu復(fù)合材料，由于TiB2的密度小于熔體Cu的密度，噴射之前TiB2粒子會(huì)上浮，噴射沉積后必然導(dǎo)致TiB2m，TiB2粒子不能起到納米彌散強(qiáng)化效果，因此只能采用反應(yīng)噴射沉積法才可能制備出納米彌散強(qiáng)化銅合金

20、。所謂反應(yīng)噴射沉積法是指利用合金液滴與反應(yīng)氣體、注入的粒子或不同合金液滴間發(fā)生原位化學(xué)反應(yīng)生成彌散強(qiáng)化銅合金28-31。由于液滴的高比表面積以及處于高溫狀態(tài)，所以在飛行過(guò)程中或在沉積后可以在Cu基體內(nèi)形成彌散強(qiáng)化相，不過(guò)要想獲得納米彌散強(qiáng)化相，必須對(duì)過(guò)程參數(shù)以及金屬溫度進(jìn)行很好的控制，否則很難獲得納米級(jí)的強(qiáng)化相。文獻(xiàn)31研究了反應(yīng)噴射沉積法制備硼化物彌散強(qiáng)化銅合金。反應(yīng)過(guò)程為：15002把平均尺寸為60m的Cu-1.15wt%B合金粉注入Cu-2wt%Ti熔體并使其霧化，最后對(duì)噴射沉積毛坯進(jìn)行熱擠壓以及熱處理等。文獻(xiàn)32同樣采用噴射沉積制備TiB2彌散強(qiáng)化銅合金。此外，利用反應(yīng)噴射沉積法制備C

21、u-Al2O3或其它Cu基復(fù)合材料時(shí)也可采用如下方法，即在噴射二元Cu-Al合金時(shí)，用含有少量O2的N2進(jìn)行霧化。此種方法與前面文獻(xiàn)31的相類(lèi)似，只不過(guò)后者霧化氣體中含的反應(yīng)元素是氣體而前者是合金粉。噴射沉積法除了可以生產(chǎn)細(xì)小且均勻彌散分布的第二相強(qiáng)化銅合金以及消除宏觀偏析等外，與內(nèi)氧化法或機(jī)械合金化法等相比，其生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)單，更適宜于商業(yè)化大批量生產(chǎn)。但是反應(yīng)噴射沉積法仍有許多不足之處，如過(guò)程參數(shù)很難控制，控制不當(dāng)就會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)化相粗化，不能起到納米彌散強(qiáng)化效果。文獻(xiàn)31雖然對(duì)過(guò)程進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，但最終只有0.2vol%的TiB尺寸達(dá)到納米級(jí)，約為10nm，而3.8vol%的TiB2粒子為200

22、nm。此時(shí)，不僅強(qiáng)化效果不佳，而且由于強(qiáng)化粒子尺寸較大，由克雷門(mén)斯關(guān)系式可知粒子間距較大，這必然會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)率下降。此外，如果反應(yīng)不完全將會(huì)導(dǎo)致合金中固溶有未參與反應(yīng)的元素，從而大大降低合金電導(dǎo)率。不過(guò)文獻(xiàn)32制備的TiB2粒子彌散強(qiáng)化Cu合金，粒子尺寸約為為50nm，且粒子表面清潔，且粒子間或與基體間潤(rùn)濕性很好。其電學(xué)和力學(xué)性能如表1所示：表1 幾種Cu-M(Ti,Zr)B2合金的力學(xué)與電學(xué)性能合金Cu-3vol% TiB2Cu-5vol%TiB2Cu-2vol%ZrB2冷加工50%95%95%硬度80（HB）188(HV)160(HV)(Mpa)434620/b(Mpa)455675/（%）

23、16/導(dǎo)電率（%IACS）837685噴射成形是一種新型的現(xiàn)代材料制備技術(shù)，它屬于快速凝固的范疇，具有細(xì)化體組織、減少偏析和提高合金元素在銅中的固溶度等優(yōu)點(diǎn)。另外，該工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低，生產(chǎn)效率高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)。E. Batawi 等33用噴射成形結(jié)合多步形變熱處理研制出一種抗拉強(qiáng)度高達(dá)800MPa 、電導(dǎo)率大于75%IACS 的Cu-Cr-Zr合金，其性能遠(yuǎn)優(yōu)于目前商業(yè)用的合金。R. P. Singh等34用噴射成形法制得了 Cu-0.10.8wt%Zr合金，這種合金的鑄造組織具有細(xì)等軸晶結(jié)構(gòu)，無(wú)宏觀偏析，在晶界處析出相之一被證明是CuZr5，該相具有細(xì)網(wǎng)狀組織，能夠阻礙再結(jié)晶晶

24、粒的長(zhǎng)大。與其它成分的合金相比，Cu-0.4wt%Zr合金經(jīng)噴射成形和熱機(jī)械變形后，能獲得更優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和電導(dǎo)率綜合性能，其值分別為525MPa 和87% IACS。這些綜合性能優(yōu)越于用常規(guī)工藝或粉末冶金工藝制得的Cu-Zr合金。5. 結(jié)束語(yǔ)采用噴射沉積制備高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低、生產(chǎn)效率高，易于應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。采用該技術(shù)不僅可以使銅合金具有細(xì)等軸晶結(jié)構(gòu)，無(wú)宏觀偏析，經(jīng)過(guò)一定的熱機(jī)械變形后能獲得更優(yōu)良的抗拉強(qiáng)度和電導(dǎo)率綜合性能。但是要制備出高質(zhì)量的產(chǎn)品，要在合金成分設(shè)計(jì)、制備方法以及后續(xù)加工處理等方面進(jìn)行深入的研究。參考文獻(xiàn)1 閔光輝, 宋立, 于化順等. 高強(qiáng)度導(dǎo)電銅基復(fù)合材

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