扩散多元节技术在Cu-Ni-Sn弹性铜合金中的应用研究

发布时间：2017-07-15 16:25

  本文关键词：扩散多元节技术在Cu-Ni-Sn弹性铜合金中的应用研究

  更多相关文章： Cu-Ni-Sn 扩散多元节 扩散偶 材料基因组计划

【摘要】：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。
【关键词】：Cu-Ni-Sn 扩散多元节 扩散偶 材料基因组计划
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-26
• 1.1 铜及铜的特点10-11
• 1.2 铜基弹性合金概述11-17
• 1.2.1 铜基弹性合金及其分类12-14
• 1.2.2 铍青铜14-16
• 1.2.3 Cu-Ni-Sn系合金16-17
• 1.3 “材料基因组”计划和扩散多元节技术17-24
• 1.3.1 材料基因组计划18-20
• 1.3.2 扩散与扩散焊接20-21
• 1.3.3 扩散多元节技术21-24
• 1.4 论文研究目的和意义24-25
• 1.5 论文研究内容25-26
• 2 实验研究方法26-33
• 2.1 扩散多元节实验26-31
• 2.1.1 实验原料及设备26-27
• 2.1.2 扩散多元节试样的制备27-31
• 2.2 CALPHAD热力学计算31
• 2.3 试样表征31-33
• 2.3.1 形貌分析31
• 2.3.2 成分分析31-32
• 2.3.3 性能分析32-33
• 3 扩散层形貌特征以及形成机制研究33-46
• 3.1 基体形貌特征分析33-34
• 3.2 Cu-Ni界面扩散层形貌特征及形成机理分析34-36
• 3.2.1 Cu-Ni界面扩散层组织特征分析34-35
• 3.2.2 Cu-Ni界面扩散层形成机制分析35-36
• 3.3 Cu-Cu35Sn界面扩散层形貌特征及形成机理分析36-39
• 3.3.1 Cu-Cu35Sn界面扩散层形貌特征分析36-38
• 3.3.2 Cu-Cu35Sn界面扩散层形成机制分析38-39
• 3.4 Ni-Cu35Sn界面扩散层组织特征及形成机理分析39-41
• 3.4.1 Ni-Cu35Sn界面扩散层组织分析39-40
• 3.4.2 Ni-Cu35Sn界面扩散层形成机理分析40-41
• 3.5 三元界面扩散层组织特征及形成机理分析41-44
• 3.5.1 三元界面扩散层组织特征分析41-44
• 3.5.2 三元界面扩散层形成机理分析44
• 3.6 本章小结44-46
• 4 Cu-Ni-Sn体系的热力学计算46-55
• 4.1 Cu-Ni-Sn体系的相图计算46-48
• 4.2 界面扩散层固相序列分析48-54
• 4.2.1 Cu-Ni界面固相序列分析50-51
• 4.2.2 Cu-Cu35Sn界面固相序列分析51-53
• 4.2.3 Ni-Cu35Sn界面固相序列分析53-54
• 4.3 本章小结54-55
• 5 Cu-Ni和Cu-Sn体系的成分-性能关系研究55-61
• 5.1 Cu-Ni体系成分-性能关系研究55-58
• 5.2 Cu-Sn体系成分-性能关系研究58-60
• 5.3 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-67
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果67-68
• 致谢68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 陈霞,李杰训,李东成;油水中间过渡层的预防及处理技术[J];油气田地面工程;2002年05期

2 孙德超,柯黎明,邢丽,刘鸽平;陶瓷与金属梯度过渡层的自蔓延高温合成[J];焊接学报;2000年03期

3 蔺增;巴德纯;;过渡层对含氢非晶碳膜生长的影响[J];真空科学与技术学报;2006年06期

4 刘中青,史宝田;异种钢焊接接头过渡层影响因素的研究[J];吉林工学院学报;1987年04期

5 张鹏展;沈明荣;徐俞;;二氧化钛过渡层对脉冲激光沉积钛酸锶钡薄膜微结构和介电性质的影响[J];功能材料与器件学报;2008年06期

6 苏革,闻立时,成会明;金钢石薄膜与基材之间过渡层技术的研究[J];材料科学与工艺;1998年04期

7 赵栋才;任妮;马占吉;肖更竭;武生虎;;七种金属基底上类金刚石膜的过渡层制备研究[J];真空科学与技术学报;2008年04期

8 袁国洲;;粉末冶金航空刹车材料过渡层功能的研究[J];湖南冶金;1993年05期

9 苟小军;高原文;;界面过渡层对磁-电-弹性层合板多场耦合特征的影响[J];功能材料;2012年14期

10 苑丹丹;黄云辉;郭晓娟;盛海霞;董晶;王宝辉;;二氧化氯在治理沉降罐油/水过渡层中的应用[J];油气田地面工程;2013年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王佳宇;吕宪义;孙越;白亦真;金曾孙;邹广田;;金刚石厚膜过渡层研究[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年

2 吴行阳;大花继赖;中村拳子;田中章浩;张建华;;梯度过渡层对非晶含氢碳膜性能的影响[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

3 刘凡新;;硅过渡层厚度对超薄四面体碳膜结构的影响[A];第十七届全国光散射学术会议摘要文集[C];2013年

4 江南;张泽;孙碧武;;金刚石膜过渡层及其初始形核过程的TEM研究[A];第七次全国电子显微学会议论文摘要集[C];1993年

5 孙喜莲;徐学科;邵建达;;铬过渡层对银膜的微结构、光学性质及附着力的影响[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年

6 孙丽丽;代伟;张栋;汪爱英;;Cr掺杂及Cr过渡层对类金刚石薄膜附着力的影响[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（五）[C];2010年

7 张迎肖;索红莉;赵跃;刘敏;王榕;何东;周美玲;;在Ni5W基底上用MOD方法制备涂层导体过渡层的研究[A];2006年全国功能材料学术年会专辑[C];2006年

8 黄一鸣;吴行阳;邓兆兴;张建华;;不同射频功率下基于多功率源梯度过渡层的掺硅非晶碳膜的制备及水润滑性能[A];第十一届全国摩擦学大会论文集[C];2013年

9 沈岩;全海涛;刘永庆;庞忠瑞;;采用过渡层焊接铸铁与低碳钢[A];石油工程焊接技术交流研讨会论文集[C];2005年

10 谭红琳;王雪雯;;GaAs与Si之间过渡层的设计及其分析[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅱ[C];2004年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 陈丹;六铝酸盐—氧化铝复合过渡层的原位制备及其粘附性能研究[D];天津大学;2014年

2 弋晓明;基于土基耐久性的路基与半刚性基层间的过渡层研究[D];山东大学;2014年

3 崔莲;表面过渡层对铁电薄膜介电性质的影响[D];哈尔滨工业大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 董运超;过渡层对PET基SiO_2薄膜结合强度的影响[D];湖南工业大学;2015年

2 赵洋;扩散多元节技术在Cu-Ni-Sn弹性铜合金中的应用研究[D];北京有色金属研究总院;2015年

3 赵希安;易碳化过渡层对碳基硬质薄膜结构和性能的影响[D];中国地质大学(北京);2015年

4 马奔驰;Sn/Al界面Al_2O_3过渡层形成机理及对界面结合强度的影响[D];哈尔滨工业大学;2015年

5 邵家霖;过渡层在铝/钢搅拌摩擦钎焊中的作用[D];兰州理工大学;2014年

6 张浩;离心自蔓延复合管金属过渡层微观结构及力学性能研究[D];太原理工大学;2006年

7 盛海霞;油气集输系统油/水过渡层治理技术研究[D];东北石油大学;2011年

8 宁来元;双层辉光等离子渗金属法硬质合金金刚石涂层刀具过渡层制备技术研究[D];太原理工大学;2014年

9 王新征;磁控溅射薄膜的过渡层与高速钢及镁基体结合强度的研究[D];西安理工大学;2008年

10 王丽春;过渡层对热丝法低温制备多晶硅薄膜的影响[D];大连理工大学;2008年

，

本文编号：544755