Ag微合金化形变Cu-Cr原位复合材料的界面特性及韧化机理

The plasticity of deformation-processed Cu-Cr in situ composite is the important basis for the application in such fields as aerospace, military, modern communications and other high-tech. Our previous research found that Ag micro-alloying improved the plasticity, while some studies reported that relatively high content of Ag even small amounts of other third component decreased the plasticity of deformation-processed Cu-based in situ composites, which are two opposite conclusions. Therefore, we are going to investigate the influence of Ag micro-alloying on the distribution of interfacial micro-strain field in deformation-processed Cu-Cr in situ composites under different strain conditions by using the techniques of Kikuchi pattern analysis in TEM (Transmission Electron Microscope) and EBSD (Electron Back-Scatter Diffraction) crystal orientation difference analysis, analyse the deformation mechanism of Cu-Cr-(Ag) in plastic deformation, establish the relation model between the interfacial micro-strain field and the plasticity of Cu-Cr-(Ag) caused by the changes of Ag content by combining nanoindenter, study the toughening mechanism of Ag micro-alloying; coordinate the plasticity, strength and conductivity by making use of Ag micro-alloying, deformation and various heat treatment, develop a prototype for the preparation of a high-plasticity and high-strength and high-conductivity deformation-processed Cu-Cr-Ag in situ composite. The project will widen the toughening mechanism of complex alloying and the scientific connotation of properties coordination of deformation-processed Cu-based in situ composites.

形变Cu-Cr系原位复合材料的塑韧性是其在航空航天、军事及现代通讯等许多高科技领域应用的重要基础。申请人前期研究发现，微量Ag元素加入可显著改善其塑性变形能力，与已有研究报道的较高含量Ag元素甚至少量其它第三组元的加入均将使形变Cu基原位复合材料塑韧性下降的结果截然不同。因此，本项目拟采用TEM菊池花样衍射技术辅以EBSD取向差应变分析技术研究不同应变条件下Ag微合金化对形变Cu-Cr原位复合材料界面微观应变场分布规律的影响，分析材料在塑性变形条件下的变形机制，结合纳米压痕技术建立Ag微合金化所引起的界面微观应变场与材料塑韧性变化之间的关系模型，探索Ag微合金化的韧化机理；综合运用Ag微合金化、形变及各种热处理调控材料的塑韧性、强度和电导率，建立高塑性、高强度和高导电形变Cu-Cr系原位复合材料的制备技术原型，从而丰富多元合金化的韧化机理和形变Cu基原位复合材料性能调控的科学内涵。

形变Cu-Cr原位复合材料的高强度是通过大塑性变形获得的，其冷变形应变量通常在6-10之间，大塑性变形严重降低材料的塑韧性，从而限制了该类材料在现代通讯、电子信息及航空航天等一些高新技术领域的应用。资助项目基于形变铜基原位复合材料的重大需求和前期研究工作积累，根据二元系相图已有的实验数据，确定Cu-Cr-Ag系材料中Cr（5-15wt%）的最佳成分范围以及微量Ag（0.01-0.20wt%）的合适添加量。选取几种不同Cr及Ag含量的Cu-Cr(-Ag)材料，采用SEM、TEM、EBSD及纳米力学探针仪等技术手段，研究不同应变条件不同成分材料增强相的尺寸和形态变化及界面微观应变场的分布规律，分析Ag微合金化形变Cu-Cr原位复合材料在塑性变形条件下的变形机制，结合纳米压痕技术获得的纳观载荷-位移曲线与不同拉伸条件下形变Cu-Cr(-Ag)原位复合材料的宏观力-位移曲线，建立Ag微合金化所引起的界面微观应变场变化与材料塑韧性之间的关系，探索Ag微合金化的韧化机理。Ag微合金化使铸态组织初生相的平均尺寸下降10-20%，纤维形成的冷变形应变量降低1左右，应变场分布更加均匀，局部应变峰值减小15-25%，载荷-位移曲线趋于韧性断裂。运用Ag微合金化、热-机械处理工艺对材料的塑韧性、强度和电导率进行综合调控，通过组织分析和性能对比确定材料的预备热处理时间为1-3h、温度为900-1000℃；中间热处理时间为1h左右、温度为550-650℃之间；最终时效处理时间为1-2h、温度为350-550℃之间；较优的Cr和Ag含量分别为7-11%和0.1-0.15%，建立了高塑性形变Cu-Cr-Ag原位复合材料制备技术原型。研究成果可丰富多元合金化形变铜基原位复合材料的韧化机理和性能调控的科学内涵，拓宽形变铜基原位复合材料的应用领域，为高强高导铜基材料的研究与开发提供必要的科学依据和技术基础。