D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.02.048 第29卷第2期 北京科技大学学报 Vol.29 No.2 2007年2月 Journal of University of Science and Technology Beijing Feh.2007 C一Ag合金中析出相界面结构及其对 合金性能的影响 刘嘉斌） 曾跃武)张雷3) 孟亮) 1)浙江大学材料科学与工程系，杭州3100272)浙江大学分析测试中心，杭州310027 3)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要采用真空感应熔炼法制备C6%Ag和Cu一24%Ag·并进行退火和时效处理.观察了合金中析出相与基体的位向关 系及界面结构，分析了析出相对合金强化和导电特性的影响.析出相与Cu基体之间具有(100)c∥(100)及(110cm∥ 〈110位向关系，存在半共格界面，在(111)面上平均每隔9个晶面间距出现一个刃型位错以协调点阵错配.析出相与C基 体这种特定的位向关系及界面结构能有效地阻碍基体中位错的运动，在产生析出相强化作用的同时几乎不影响合金的电传 导行为·随C6%Ag时效时间的延长，析出相数量增多，合金硬度显著上升而电阻率持续下降.时效过程中析出相数量、形 态及界面结构是导致合金力学和电学性能变化的主要原因。 关键词C一Ag合金；硬度；电阻率：析出：界面 分类号TB331:TG146.3 脉冲强磁场是研究中子散射及核聚变等基本物 相Ag纤维，由此推算了析出相对合金强度的贡献 理问题的必备条件，用于产生强磁场的磁体绕组必 Han等18]分析了析出相与Cu基体的晶体学取向， 须经受强大激磁电流，因此制造绕组的导体材料必 指出两者之间具有cube-on-cube位向关系 须同时具有高强度和高电导率.Cu一Ag合金因 Grinberger等1920]研究了Cu一7%Ag和Cu-24% 具有优良的强度与电导率匹配关系，作为脉冲强磁 Ag两种合金的Ag原子脱溶行为，发现在Cm一24% 场绕组的新型导体材料而倍受关注] Ag中以连续析出为主，而在Cu一7%Ag中以不连续 Cu一Ag合金性能主要受合金成分、冷加工程度 析出为主，李振铎等)研究了Ag含量对析出相的 以及中间热处理等因素的影响[].合金的优良性 作用，表明随Ag含量的增加，Cu一Ag合金中析出相 能主要来自于纤维状Ag强化相和Cu基体的应变 数量增加，其形态由针状演变为短片状 强化效应1，)，材料原始组织形态及其分布直接 本文采用显微组织分析方法观察了Cu一24%Ag 影响到纤维相的形成特点，进而影响合金性能 析出相形态，研究了析出相与基体的位向关系以及 Cu一Ag合金组织主要包含Cu基体、原始共晶体和 界面结构，推测了析出相对合金强化和导电的影响， Ag析出相，这三种组织在冷加工过程中均演变为细 并通过对C6%Ag进行时效实验验证组织观察和 密的纤维形态，以往研究主要集中在C:基体和共 理论分析结果 晶体对合金强化和导电性能的影响，而对于析出相 1 实验材料与方法 由于其数量较少，作用效果往往被共晶体掩盖，并且 析出行为易受热处理条件影响，相关研究较难开展· 用电解Cu和高纯Ag在真空感应炉中熔炼 然而一些研究结果表明，析出相对合金的强化和导 Cu6%Ag(质量分数，下同)和Cu一24%Ag合金，氩 电机制有显著的影响16.Sakai等1-门对铸态 气保护下在铜模中浇注成23.0mm的棒状铸锭. C一24%Ag退火，在组织中形成析出相，阻碍了位 对Cu24%Ag进行450℃回火10h空冷，以观察析 错运动并净化了基体溶质，从而提高了合金强度和 出相的位向和界面结构.对Cm6%Ag于720℃保 电导率.Hong等观察了变形态Cu一24%Ag析出 温4h固溶处理后在450℃进行时效处理 用光学显微镜、SIRRON场发射扫描电镜 收稿日期：2006-09-02修回日期：2006-11-02 (SEM)观察合金组织形貌.用JEM一2010高分辨透 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。·50671092) 射显微镜(TEM)研究析出相位向和界面结构， 作者简介：刘嘉斌(1983一)：男，博士研究生；孟亮(1953一)，男， 教授，博士生导师 TEM试样先用金相砂纸磨到厚约100m,再在离Cu－Ag 合金中析出相界面结构及其对 合金性能的影响 刘嘉斌1） 曾跃武2） 张 雷3） 孟 亮1） 1） 浙江大学材料科学与工程系‚杭州310027 2） 浙江大学分析测试中心‚杭州310027 3） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 采用真空感应熔炼法制备 Cu－6％Ag 和 Cu－24％Ag‚并进行退火和时效处理‚观察了合金中析出相与基体的位向关 系及界面结构‚分析了析出相对合金强化和导电特性的影响．析出相与 Cu 基体之间具有（100）Cu∥（100）Ag及〈110〉Cu∥ 〈110〉Ag位向关系‚存在半共格界面‚在（111）面上平均每隔9个晶面间距出现一个刃型位错以协调点阵错配．析出相与 Cu 基 体这种特定的位向关系及界面结构能有效地阻碍基体中位错的运动‚在产生析出相强化作用的同时几乎不影响合金的电传 导行为．随 Cu－6％Ag 时效时间的延长‚析出相数量增多‚合金硬度显著上升而电阻率持续下降．时效过程中析出相数量、形 态及界面结构是导致合金力学和电学性能变化的主要原因． 关键词 Cu－Ag 合金；硬度；电阻率；析出；界面 分类号 TB331；TG146∙3 收稿日期：20060902 修回日期：20061102 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．50671092） 作者简介：刘嘉斌（1983－）‚男‚博士研究生；孟 亮（1953－）‚男‚ 教授‚博士生导师 脉冲强磁场是研究中子散射及核聚变等基本物 理问题的必备条件‚用于产生强磁场的磁体绕组必 须经受强大激磁电流‚因此制造绕组的导体材料必 须同时具有高强度和高电导率［1－4］．Cu－Ag 合金因 具有优良的强度与电导率匹配关系‚作为脉冲强磁 场绕组的新型导体材料而倍受关注［5－8］． Cu－Ag 合金性能主要受合金成分、冷加工程度 以及中间热处理等因素的影响［8－14］．合金的优良性 能主要来自于纤维状 Ag 强化相和 Cu 基体的应变 强化效应［1‚11‚15］‚材料原始组织形态及其分布直接 影响到纤维相的形成特点‚进而影响合金性能． Cu－Ag合金组织主要包含 Cu 基体、原始共晶体和 Ag 析出相‚这三种组织在冷加工过程中均演变为细 密的纤维形态．以往研究主要集中在 Cu 基体和共 晶体对合金强化和导电性能的影响‚而对于析出相 由于其数量较少‚作用效果往往被共晶体掩盖‚并且 析出行为易受热处理条件影响‚相关研究较难开展． 然而一些研究结果表明‚析出相对合金的强化和导 电机制有显著的影响［16］．Sakai 等［16－17］ 对铸态 Cu－24％ Ag 退火‚在组织中形成析出相‚阻碍了位 错运动并净化了基体溶质‚从而提高了合金强度和 电导率．Hong 等［5］观察了变形态 Cu－24％Ag 析出 相 Ag 纤维‚由此推算了析出相对合金强度的贡献． Han 等［18］分析了析出相与 Cu 基体的晶体学取向‚ 指 出 两 者 之 间 具 有 cube-on-cube 位 向 关 系． Grünberger 等［19－20］ 研究了 Cu－7％Ag 和 Cu－24％ Ag 两种合金的 Ag 原子脱溶行为‚发现在 Cu－24％ Ag 中以连续析出为主‚而在 Cu－7％Ag 中以不连续 析出为主．李振铎等［21］研究了 Ag 含量对析出相的 作用‚表明随 Ag 含量的增加‚Cu－Ag 合金中析出相 数量增加‚其形态由针状演变为短片状． 本文采用显微组织分析方法观察了Cu－24％Ag 析出相形态‚研究了析出相与基体的位向关系以及 界面结构‚推测了析出相对合金强化和导电的影响‚ 并通过对 Cu－6％Ag 进行时效实验验证组织观察和 理论分析结果． 1 实验材料与方法 用电解 Cu 和高纯 Ag 在真空感应炉中熔炼 Cu－6％Ag（质量分数‚下同）和Cu－24％Ag合金‚氩 气保护下在铜模中浇注成●23∙0mm 的棒状铸锭． 对 Cu－24％Ag 进行450℃回火10h 空冷‚以观察析 出相的位向和界面结构．对 Cu－6％Ag 于720℃保 温4h 固溶处理后在450℃进行时效处理． 用光 学 显 微 镜、SIRRON 场 发 射 扫 描 电 镜 （SEM）观察合金组织形貌．用 JEM－2010高分辨透 射显微镜（TEM） 研究析出相位向和界面结构． TEM 试样先用金相砂纸磨到厚约100μm‚再在离 第29卷 第2期 2007年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．2 Feb．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．02．048