時(shí)效處理對(duì)用于引線框架結(jié)構(gòu)材料Cu—Ni—Si—Cr—P合金性能的影響

摘 要：本文基于時(shí)效處理的方法，通過實(shí)驗(yàn)研究時(shí)效處理對(duì)用于引線框架的Cu-Ni-Si系合金Cu-Ni-Si-Cr-P材料的影響。

關(guān)鍵詞：時(shí)效處理；Cu-Ni-Si系合金；引線框架

中圖分類號(hào)：TG156.94 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2014） 04-0000-01

一、Cu-Si-Ni系合金的第二相強(qiáng)化機(jī)制

由于固溶在銅基體的原子中引起的點(diǎn)陣畸變對(duì)電子的散射作用比第二相顆粒的影響更強(qiáng)烈，由此第二相強(qiáng)化成為獲得高強(qiáng)度、高電導(dǎo)率銅合金的應(yīng)用最廣泛的強(qiáng)化方法，按照第二相進(jìn)入基體的形式可分為兩種：彌散強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化。時(shí)效強(qiáng)化方法較適用于銅合金中有較大固溶度變化的合金元素如：Fe、Cr等，經(jīng)固溶和時(shí)效處理后，析出的彌散相能有效地阻止位錯(cuò)和晶界的移動(dòng)，從而可有效提高合金的強(qiáng)度。如果時(shí)效前進(jìn)行冷加工，將更有利于細(xì)小彌散相的析出，升高強(qiáng)度，但電導(dǎo)率下降的卻很少。在銅合金中還經(jīng)常使用細(xì)晶強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化相結(jié)合的方法。由于細(xì)晶強(qiáng)化幾乎不產(chǎn)生晶格畸變所以對(duì)電導(dǎo)率的影響很小。

二、合金的熔煉

Cu-2.0Ni-0.35Si-0.35Cr-0.03P合金的熔煉是在型號(hào)為ZGJL0.01-40-4的頻感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行的，采用石墨坩堝。熔煉時(shí)加入木炭覆蓋于銅液表面以此來減少氧化，利用坩堝余熱烘烤原料以便排除水汽，先停電降溫然后再加入合金元素CuP中間合金Si以便減少其燒損。在其內(nèi)表面以木炭覆蓋來以提高鑄錠的表面質(zhì)量。Cu-Ni-Si-Cr-P合金澆鑄溫度為1280～1320℃，澆鑄時(shí)間為30±5s。

三、實(shí)驗(yàn)方法

在SRJK-3-12型管式電阻爐中進(jìn)行時(shí)效處理，控溫精度為±1℃，用ZK-1型可控硅電壓調(diào)整器控溫，輸入電壓由TDG-3型自耦變壓器控制。在試樣出爐后采用空冷。時(shí)效過程中采用氮?dú)獗Ｗo(hù)，材料性能測(cè)試前均用25%的H2SO4溶液酸洗。

在HVS-1000型數(shù)顯顯微硬度計(jì)上進(jìn)行顯微硬度的測(cè)量。加載時(shí)間為10s，載荷為100g。從時(shí)效及形變處理后的試樣上直接剪取顯微硬度試樣，尺寸為5mm×5mm。測(cè)量前試樣表面需用1000#砂紙磨光，每種狀態(tài)的測(cè)量次數(shù)不少于3次，測(cè)量誤差≤±5%。

電阻的測(cè)量是在ZY9987型數(shù)字式微歐儀上進(jìn)行，試樣長(zhǎng)度90mm，寬2mm，厚0.4mm，以國(guó)際退火銅標(biāo)準(zhǔn)表示導(dǎo)電率。

在日產(chǎn)OLYMPUSPMG3金相顯微鏡上進(jìn)行光學(xué)金相分析。機(jī)械拋光試樣，腐蝕液為乙醇溶液。

四、時(shí)效對(duì)合金顯微硬度和導(dǎo)電率的影響

Cu-Ni-Si-Cr-P合金固溶處理后為過飽和固溶體，時(shí)效處理是從過飽和固溶體中析出細(xì)小的第二相。隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)析出相的數(shù)量增加，析出相的粒度也聚集長(zhǎng)大，在這兩個(gè)因素交互作用下，合金的硬度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)先升后降。溫度越高，晶粒粗化越快過，飽和固溶體分解越快。

合金的顯微硬度的變化呈現(xiàn)出以上情況，是因?yàn)楹辖鸸倘芴幚砗笫沁^飽和固溶體，時(shí)效處理則從過飽和固溶體中析出細(xì)小的第二相。溫度越高析出速度相應(yīng)越快，第二相析出動(dòng)力越大，使得硬度以較快速度上升，但是在溫度較高時(shí)，第二相容易長(zhǎng)大，隨時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)析出相的數(shù)量增加，析出相的粒度也聚集長(zhǎng)大，在這兩個(gè)因素交互作用下，合金的硬度會(huì)隨時(shí)間的延長(zhǎng)先升后降，最后趨于平緩。

圖3為Cu-Ni-Si-Cr-P合金固溶處理后在不同溫度下導(dǎo)電率與時(shí)效時(shí)間的關(guān)系曲線。由此可知，合金在400℃～500℃時(shí)效時(shí)，導(dǎo)電率呈上升趨勢(shì)，時(shí)效初期溫度越高導(dǎo)電率上升速度越快。這是因?yàn)橛绊戙~合金導(dǎo)電性能的主要因素是固溶原子對(duì)電子的散射作用，而基體中的固溶元素越多，對(duì)電子的散射作用就會(huì)越大，合金的導(dǎo)電率就會(huì)越低。時(shí)效初期固溶元素對(duì)電子的散射作用減弱，導(dǎo)電率以較快的速度上升。溫度越高析出動(dòng)力越大，所以500℃時(shí)導(dǎo)電率上升速度最快，能達(dá)到的導(dǎo)電率數(shù)值也最高。但隨著時(shí)效時(shí)間的延長(zhǎng)，基體中固溶元素含量減少，析出速度減慢，析出動(dòng)力減少，所以導(dǎo)電率的上升趨勢(shì)也變緩。

五、結(jié)束語

綜上所述，Cu-Ni-Si-Cr-P合金在400～500℃進(jìn)行時(shí)效的時(shí)候，隨著時(shí)效時(shí)間和變形量的增加硬度不斷上升，溫度越高，變形量越大則硬度上升的幅度越大，上升速度越快。變形量為60%的合金在500°C時(shí)效硬度可在1h左右達(dá)到峰值（249HV）。

Cu-Ni-Si-Cr-P合金在400～500℃進(jìn)行時(shí)效時(shí)，其導(dǎo)電率隨著變形量和時(shí)效時(shí)間的增加而增加，溫度越高，變形量越大則導(dǎo)電率增加的幅度越大，增加的速度越快。變形量為60%的合金在500°C時(shí)效導(dǎo)電率可在2h左右達(dá)到峰值（43%IACS）。

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[2]Lockyer S A.Fatigue of precipitate strengthened Cu-Ni-Si alloy [J].Materials Science and Technology，1999（10）：1147-1153.

[作者簡(jiǎn)介]王萍（1977.01-），女，煙臺(tái)南山學(xué)院工學(xué)院電氣與電子工程系，本科，研究方向：電子。