基于反常X射线小角散射技术的Cu基合金相分离研究

高强高导铜基材料是电子、信息、交通、能源等产业的重要基础之一。形变铜基原位复合材料具有超高的强度和良好的电导率，是超高强高导铜基材料的重要发展方向。但对于形变Cu-Fe原位复合材料，由于固溶Fe原子对Cu基体电导率的严重危害，材料电导率通常不足40%IACS。本项目以Cu-Fe原位复合材料制备的科学原理为研究对象, 以"抑制固溶、促进析出"为研究思路。拟使用反常X射线小角散射技术对Cu-Fe合金和Cu-Fe-Ag合金中的Fe元素的相分离动力学进行研究，揭示以Ag为代表的合金元素对Fe在Cu基体中的溶解和析出过程影响的物理本质，分析Ag在合金中的作用，将为合理制定Cu合金的配料和时效处理工艺提供理论基础。小角散射实验结果具有统计规律，和其他实验方法比较，更能反映材料的普遍规律。通过本项目的研究在上海光源开展起反常X射线小角散射实验方法,为合金的相分离研究提供一种有力的工具是很有必要的。

形变Cu-Fe原位复合材料具有超高的强度，但由于固溶Fe原子对Cu基体电导率的严重危害，限制了这类材料的应用。而7系高强铝合金则是航空航天的主要材料之一。本项目主要是用反常X射线散射技术研究Cu-Fe合金和7系铝合金的析出相。主要开展了以下研究内容：. 1）Ag对形变Cu-Fe原位复合材料的组织与性能的影响；. 2）反常X射线小角散射实验装置和合金工艺处理的原位实验装置建立；. 3）Cu合金的反常散射研究；. 4）Al合金的反常散射研究；. 5）反常X射线小角散射实验数据分析处理。. 在进行Cu-Fe合金的X射线小角散射研究时，散射图样出现了严重的趋向性，这可能和合金内部的位错、亚晶界等缺陷有密切关系，对于散射体的数据分析非常困难。然后对Cu合金轧制成薄片，散射信号各向均匀，但在Fe的K边进行反常散射实验，散射曲线没有明显变化，对建立反常散射进行合金析出相的研究方法没有帮助。因此，仅进行了常规小角散射研究。其次利用第一原理计算方法，从理论上探索了Cu-Fe-Ag三元合金和Cu-Fe-Ag-P四元合金的原子扩散规律。 . 在上海光源BL16B实验站建立了反常散射和数据分析方法研究，采用了7系铝合金AlZnMgCu合金作为研究对象，针对7015和7085两个牌号铝合金析出相进行了反常散射研究，分别在Zn和Cu的K边进行了实验，结果表明析出相内含有Zn积聚，而没有Cu的积聚。并使用基于Igor软件下Irena分析软件包，对数据进行了分析处理，得出了析出相的颗粒分布。同时也进行了析出相的原位实验，得到了析出相随时间的成长过程。分析结果与TEM实验进行了对比，结果表明与反常散射结果一致。其次，在自然科学基金的资助下，也正在开展AlCu和AlZr合金的形核和析出相问题的研究。. 通过该项目的执行，通过原子扩散模拟，解释了Cu合金中Ag对Fe析出的影响规律。在上海光源小角散射实验站建立起了反常散射研究方法和数据分析方法，并使用该方法进行了铝合金析出相的研究，为揭示合金析出相的研究提供了一种研究手段。项目执行期间发表相关SCI论文9篇，申请国家发明专利2项。已全面完成预定研究计划，基本取得预期研究结果。