【摘 要】
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Cu-Ni-Si合金作为典型的时效强化型合金,具备较高的抗拉强度、优良的导电性和耐热稳定性等优点,被广泛应用于电子连接器、引线框架材料和电子封装材料等领域。传统工艺生产Cu-Ni-Si合金存在凝固组织粗大、枝晶偏析严重和工艺流程繁琐等问题。国内外相关研究已经表明,提高合金凝固时的冷却速率在细化合金凝固组织的同时,还可以提高溶质元素在基体中固溶度,抑制元素偏析,起到细晶强化和增强固溶强化的效果。基于
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Cu-Ni-Si合金作为典型的时效强化型合金,具备较高的抗拉强度、优良的导电性和耐热稳定性等优点,被广泛应用于电子连接器、引线框架材料和电子封装材料等领域。传统工艺生产Cu-Ni-Si合金存在凝固组织粗大、枝晶偏析严重和工艺流程繁琐等问题。国内外相关研究已经表明,提高合金凝固时的冷却速率在细化合金凝固组织的同时,还可以提高溶质元素在基体中固溶度,抑制元素偏析,起到细晶强化和增强固溶强化的效果。基于此,本课题将具备亚快速凝固特点的薄带连铸工艺引入到Cu-Ni-Si合金的制备工艺中,利用扫描电镜、电子探针和透射电镜等设备系统地研究了 Cu-Ni-Si合金在薄带连铸工艺条件下的凝固组织和元素偏析行为,根据合金在全流程不同工艺下的组织演变和性能变化,确定了 Cu-3.2Ni-0.75Si合金的最优固溶和时效工艺,同时分析了 Ce对Cu-3.2Ni-0.75Si合金组织性能的影响规律。本文主要研究成果如下:（1）采用高温共聚焦激光扫描显微镜原位观察Cu-3.2Ni-0.75Si合金在0.1～100℃/s不同冷速下的形核过程,发现当冷却速率由0.1℃/s提高至100℃/s后,合金结晶温度由1096℃下降到890℃,二次枝晶间距由78μm减小到24μm。（2）对比分析Cu-3.2Ni-0.75Si合金铸锭和铸带的凝固组织和偏析行为,发现具备亚快速凝固特点的薄带连铸工艺可以细化合金凝固组织和抑制溶质元素偏析,合金凝固组织平均晶粒尺寸由铸锭凝固组织的2mm下降到铸带凝固组织的200μm。（3）研究Cu-3.2Ni-0.75Si合金在不同固溶工艺下的组织性能演变和偏析行为,发现随着固溶温度升高,铸带组织逐渐经历回复、再结晶和再结晶晶粒长大,铸带900℃固溶1h后,达到最佳固溶效果,此时合金显微硬度和导电率分别为67.2HV和16.1%IACS。（4）研究冷轧态Cu-3.2Ni-0.75Si合金在不同时效工艺下的组织性能演变,发现随着时效时间延长和时效温度提高,合金抗拉强度的变化规律是先增值至峰值,然后下降;合金导电率的变化规律是先快速增值至峰值,再缓慢上升,结合组织演变规律,确定合金最佳时效工艺为450℃×4h,此时抗拉强度和导电率分别为711MPa和43.2%IACS。（5）研究Ce对Cu-3.2Ni-0.75Si合金组织性能的影响,发现Ce可以细化合金凝固组织,提高固溶组织再结晶温度,细化固溶再结晶晶粒,加快合金时效析出进程,合金在450℃时效1h后,达到最佳性能,此时抗拉强度和导电率分别为747MPa和44.9%IACS。
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