涂层导体用铜镍合金基带立方织构的形成机理研究

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铜镍合金作为一种低成本且易于形成强立方织构的材料有望用作涂层导体用无铁磁性金属合金基带。目前,采用RABiTS技术已制备出具有较强立方织构的铜镍合金基带,但对其立方织构的形成机制尚缺乏系统的认识。因此,本论文开展了涂层导体用铜镍合金基带立方织构形成机理的研究。首先通过RABiTS技术制各了无铁磁性(77K)且具有强立方织构的铜镍合金基带,并在此基带上获得了织构外延良好的CeO2过渡层;然后通过大应变量铜镍合金冷轧和热处理过程中微观组织和织构的演变讨论了应变量对回复和再结晶立方织构形成的影响;最后采用准原位背散射电子衍射(EBSD)技术系统研究了纳米结构铜镍合金回复、再结晶和立方晶粒长大的机理。论文获得了以下创新性研究成果:  首先采用EBSD技术研究了冷轧过程中非平面应变对轧制织构形成的影响,以及表面轧制剪切对强立方织构形成的影响,通过改进的冷轧工艺制备了具有典型“Copper”型轧制织构且表面无轧制剪切的铜镍合金冷轧薄带。对其进行高温热处理后,获得了居里温度小于10K,立方织构(<10°)含量均大于98%的Cu-23at.%Ni,Cu-33at.%Ni和Cu-45at.%Ni合金基带。最后,采用化学溶液法在强织构Cu-33at.%Ni合金基带上制备了织构外延良好的CeO2过渡层,薄膜表面平整、晶粒排布致密、晶粒均匀细小,没有空洞和裂纹等缺陷。双轴织构CeO2过渡层的获得进一步表明了铜镍合金基带作为一种低成本、无铁磁性且强立方织构的金属基带可以应用于涂层导体线带材的制备甚至应用中。  通过EBSD技术研究了大应变量Cu-45at.%Ni合金冷轧和热处理过程中微观组织和织构的演变过程。结果表明此Cu-45at.%Ni合金经大应变量冷轧后形成了“Copper”型轧制织构,随着应变量的增加其轧制织构逐渐增强、微观组织逐渐细化,形成含有大量大角度晶界的长薄片状组织,并出现均匀分布的剪切带。发现不同应变量(εvM=3.5,4.8和5.7)的Cu-45at.%Ni合金在回复过程中,应变量越大回复越明显,即沿ND的平均晶界间距增加的越多,且其微观组织沿RD和ND的长宽比降低的越明显,应变量为5.7的Cu-45at.%Ni合金回复后形成类似等轴状的微观组织。另外,不同应变量的Cu-45at.%Ni合金在回复过程中,其轧制织构含量均有微弱的增强。  通过对比分析不同应变量(εvM=3.5,4.8和5.7)下Cu-45at.%Ni合金基带立方织构的形成,阐明了其强立方织构的形成不仅与轧制织构有关,更与其回复和再结晶立方织构的形成有密切的关系。应变量为3.5的Cu-45at.%Ni合金虽然具有相对较少的轧制织构(78%),但是其回复组织中含有明显的立方取向带,有利于再结晶初期形成立方晶粒。而应变量为5.7的纳米结构Cu-45at.%Ni合金中虽然其轧制织构含量较高(90%),但其类似等轴状的回复组织中不存在明显的立方取向带,不利于再结晶初期立方晶粒的形成。另外,大应变量Cu-45at.%Ni合金的再结晶过程中均存在大量的孪生,因此再结晶立方织构形成的同时不仅伴随轧制取向的减少,还生成约30%的随机取向的晶粒。  采用EBSD(准原位)研究了纳米结构Cu-45at.%Ni合金回复、再结晶和立方晶粒长大的机理。首先阐明了其回复机制,即长薄片状组织主要是通过“Y-junction”移动使长薄片状组织回复成类似等轴状组织;而剪切带附近的细小组织则是通过自身的粗化。其次明确了此Cu-45at.%Ni合金的再结晶立方织构的形成机理。立方取向在再结晶形核时不具有形核数量优势,但再结晶过程中立方晶粒的平均晶粒尺寸大于其他取向的再结晶晶粒,使得立方晶粒在再结晶过程中具有一定的尺寸优势。最后阐述了其晶粒长大过程中强立方织构的形成机理以及立方孪晶的演化。晶粒长大过程中,与立方晶粒相比晶粒尺寸较小的具有轧制、随机和Goss取向的晶粒以及小尺寸的立方晶粒均受到界面曲率的驱动而快速减少;立方孪晶源于晶粒长大初期部分S取向的晶粒,并且只有少数立方孪晶在晶粒长大后期伴随小尺寸立方晶粒的消失而减少。  总之,本论文着眼于涂层导体用铜镍合金基带强立方织构的形成机理,采用(准原位)EBSD技术对其轧制和热处理过程进行系统的研究。首先,通过RABiTS技术制备了低成本无铁磁性的强立方织构铜镍合金基带,并外延生长了CeO2过渡层,这为铜镍合金基带在涂层导体线带材的制备及应用中提供了实验依据。其次,本论文通过对大应变量Cu-45at.%Ni合金轧制和热处理过程中微观组织和织构演变的分析,讨论了应变量对轧制织构的形成、微观组织和织构回复以及再结晶立方织构形成的影响,为改进制备工艺,提高立方织构含量奠定了理论基础。最后,在纳米结构Cu-45at.%Ni合金回复、再结晶和晶粒长大机理的研究方面,阐明了其回复机制;提出了其再结晶形核和再结晶立方织构的形成机理,分析了立方孪晶的演化过程,构建了强立方织构的形成机制。本论文的研究不仅为强织构合金基带的获得提供理论支持,更系统的丰富了大应变量塑性变形FCC金属材料的回复、再结晶以及晶粒长大的机理。
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