【摘 要】
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Cu-Ni-Sn合金作为环保型导电弹性铜合金,其强度较高,且具有良好的导电性能,高温稳定性,抗应力松弛性能及耐腐蚀性能,其中Cu-15Ni-8Sn合金的强度可以高达1300Mpa（与Cu-Be合金相当）,广泛用于各种电子弹性元件中。但Cu-Ni-Sn合金在铸造过程中存在Sn偏析及后续的时效过程中容易产生不连续析出相等问题,严重影响合金的强度与加工性能。为了解决以上问题,以Co元素作为第四组元设计了
【基金项目】
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国家重点研发计划项目（2017YFB0306100）； 中央高校基本科研业务费（DUT17LAB09）；
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Cu-Ni-Sn合金作为环保型导电弹性铜合金,其强度较高,且具有良好的导电性能,高温稳定性,抗应力松弛性能及耐腐蚀性能,其中Cu-15Ni-8Sn合金的强度可以高达1300Mpa（与Cu-Be合金相当）,广泛用于各种电子弹性元件中。但Cu-Ni-Sn合金在铸造过程中存在Sn偏析及后续的时效过程中容易产生不连续析出相等问题,严重影响合金的强度与加工性能。为了解决以上问题,以Co元素作为第四组元设计了系列Cu-Ni-Sn-Co四元合金,并与Cu-Ni-Sn-Zn合金研究结果进行对比。随后对理想团簇式进行了优化,并在此基础上设计了Cu-Ni-Sn-Zn-Si五元合金,系统研究了微量元素的存在状态、成分均匀性及力、电学性能的变化。最后,对设计的合金综合性能进行了评估。本文主要研究结果和结论如下:Co以置换固溶的形式存在Cu-Ni-Sn-Co合金中,随着Co含量的增加,合金的固液相线间距明显减小,且Co的加入推迟了DO3-γ相的产生,有效改善Sn元素的偏析。其中Cu80Ni15Sn4.375Co0.625合金在时效5h后的硬度超过了Cu80Ni15Sn5合金,但电导率明显下降。与Cu Ni Sn Zn合金相比,Zn以团簇固溶方式固溶于Cu基体中,具有较好的固溶强化效果、较小地影响合金导电性、较突出地高温稳定性以及长时间时效后的综合性能优势。由于Cu基体中存在Ni的固溶,同时Cu元素也存在析出相中,本文对合金中的基体相主团簇与DO22-γ′相与L12-γ′析出相主团簇进行修正,由{[Cu-Cu12]Cu3}x{[Sn-Ni12]Sn3}修正为{[Cu-CuxNi12-x]Cu3}a{[Sn-NiyCu12-y]Sn3}16-a,参考C72900(Cu78.96Ni16.65Sn4.39,at.%)合金,设计了Cu79.68Ni15.63Sn4.69合金。相比于Cu80Ni15Sn5合金,该成分更接近于牌号合金成分。在优化后的团簇模型上,选择Zn与Si同时添加,设计了系列Cu-Ni-Sn-Zn-Si五元合金。微结构分析结果表明合金中Zn与Si均呈固溶态。添加Zn,Si后,铸态及时效态合金内部Sn偏析及不连续析出相的产生得到明显的抑制。结合功函数,硬度,电导率及变温电阻测试结果表明:与三元合金相比,Zn与Si的协同作用有效地提高了合金的均匀性及稳定性,同时合金的硬度、电导率及高温稳定性得到明显提升。与牌号合金进行对比发现,由稳定固溶体团簇模型设计的Cu80Ni15Sn5与Cu79.68Ni15.63Sn4.69合金的硬度高于相同热处理条件下的C72900合金。在添加Zn、Si后,合金硬度高于相同热处理条件下的Cu-Be合金(其中Cu80-Zn0.185Si0.15合金的性能最为优异),同时也有效改善了Cu-Ni-Sn合金中偏析与不连续析出相产生的现象。
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