北京科技大学顶刊综述：IF=48.16，全面总结高强高导电析出强化铜合金的研究进展！
2023-05-22 13:26:05
作者：材料学网 来源：材料学网
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铜因其显著的性能而备受关注，包括高导电性(EC)和导热性、优异的耐腐蚀性、可镀性和良好的机械性能。因此，铜及铜合金在机械制造、交通运输、电子电气工程等各个工业部门得到了广泛的应用。近年来，电子和电气工业的发展导致对铜合金的需求增加。一方面，集成电路水平的提高导致终端数量的增加，这反过来又对EC和导热性提出了更高的要求。另一方面，引线框架的厚度需要进一步减小，这就对铜合金的强度提出了更高的要求。然而，几十年来，研究人员在打破强度和延伸率与高强度和导电性(HSC)之间的权衡方面遇到了挑战。含HSC的Cu合金的强化机制主要有固溶强化、析出强化、细晶强化和位错强化。除了沉淀强化外，其他强化机制可能会产生大量的晶体缺陷，从而对EC产生不利影响。因此，如何在不牺牲电导率的前提下大幅度提高合金的强度，一直是铜合金研究领域关注的问题。沉淀强化是实现Cu合金HSC的主要方法。一方面，时效过程中析出相的形成阻碍了位错的移动，从而提高了强度。从其他方面考虑，析出相的形成降低了合金基体中溶质原子的浓度，导致电子散射减少，从而增加了EC。此外，近年来，利用异质变形诱导(HDI)硬化强化Cu合金的研究也非常广泛。综上所述，为了进一步提高Cu合金的综合性能，有必要开发新型的沉淀强化Cu合金。北京科技大学郭明星教授联合中铝科学院娄花芬教授等人为了在析出强化Cu合金中获得优异的强度、EC和弹性，综述了含HSC的先进Cu合金的最新研究进展，重点关注成分、组织和析出行为的控制，重点研究了HSC在Cu合金中的强化机制，并对典型的析出强化Cu合金(Cu- ni - si、Cu- ti和Cu- cr - zr合金)进行了全面的综述。在此基础上，展望了含HSC铜合金的未来发展趋势。本篇综述中，概述了电导率和析出强化铜合金强度之间的关系，可以得出下列结论和展望。析出强化仍然是设计含HSC铜合金的主要原理。然而，传统工艺和合金元素在突破强度-电导率-电导率权衡方面存在局限性。近年来在非均相组织设计和控制方面取得的进展表明，这些合金的综合性能有望得到提高，包括多尺度结构、梯度晶粒结构、双峰晶粒组织、层状纳米结构等。析出强化Cu合金的特殊组织对合金的析出行为和力学性能都有显著的影响。解决强度和导电性之间的权衡至关重要，以同时实现高强度和导电性，以满足工业应用中对这些性能日益增长的需求。析出行为是影响析出强化Cu合金力学性能的关键因素。进一步深入研究这三种Cu合金中析出相的演变，包括析出相与Cu基体的取向关系。而控制析出相的形核、生长和分布，使强度贡献最大化，则需要深入研究，是未来研究的关键方向。相关研究成果以题为“Recent development of advanced precipitation-strengthened Cu alloys with high strength and conductivity: A review”发表在Progress in Materials Science上。链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0079642523000737
图1。圆盘状Ni2Si颗粒在Cu基体三角形棱柱体中的排列(a)(b)盘面平行于滑移面，(c)(d)盘面垂直于滑移面。 图18。C70250合金带材在不同工艺下的透射电镜组织。(一)铸的;(b) RTR位错;(c)低温轧制位错;(d)低温滚动剪切带;(e)低温轧制-时效处理析出阶段;(f)低温轧制时效处理HRTEM图像图 17.Cu-4.93Ni-1.07Si合金经过（A）热压烧结，（B）固溶处理，（C）和（D）固溶+时效处理后的显微组织 图 19.Cu-3.2Ni-0.7Si-0.1Cr合金的不同热处理路径示意图图 21.在两种加工路线加工的合金中，（a）拉伸强度和（b）电导率随最终时效时间的变化
图31。工艺1处理的Cu-3.18Ti (wt.%)合金在400℃下不同时间的时效曲线:(a)硬度;(b)电导率。
图32。工艺2处理Cu-3.18Ti (wt.%)合金在400℃下不同时间的时效曲线:(a)硬度;(b)电导率。
图34。450℃等温时效80%冷轧Cu-Cr系合金的硬度(a)和电导率(b)
图35。Cu-Cr-Zr合金的显微组织(a)温挤压(粗晶状态)，(b)温挤压- HPT工艺，(c) 450℃时效1h 图38。退火后ARB Cu/Cu- Cr - Zr层状复合材料的典型微观结构(a) DHLedCu/Cu- Cr - Zr层状复合材料结构示意图;DHLed Cu/Cu- Cr - Zr层状复合材料的截面光学显微镜(b)和SEM-BSE图像(c);(d) Cu/Cu- Cr - Zr界面TEM显微图。技术的进步导致对性能优异的铜合金的需求增加。某些应用要求耐高温软化、耐腐蚀、抗氧化、抗应力松弛、可弯曲性、残余应力、可焊性、线膨胀系数和焊接性能。开发具有HSC等优异综合性能的新型铜合金势在必行。利用HSC开发铜合金旨在为大规模集成电路引线框架材料、电力和机械制造等工业应用提供低成本、高性能的导电铜合金。然而，通过高压扭转和等道角压等方法制备具有超细晶粒的高强度、高导电性Cu合金在大规模工业应用方面存在挑战，且生产成本高于传统铸造方法。因此，未来铜合金的发展必须在探索新型制备方法的同时考虑大规模工业化和生产成本。
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