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摘要：以三種銅鋯合金為研究對(duì)象，通過(guò)硬度測(cè)試、電導(dǎo)率測(cè)試研究不同熱處理工藝和不同銀含量對(duì)銅鋯合金力學(xué)性能與導(dǎo)電性能的影響，研究結(jié)果證明銅鋯合金擁有和銅一樣優(yōu)良的導(dǎo)電性能，在銅鋯合金中加入銀后，它的強(qiáng)度得到大幅的提升。

關(guān)鍵詞：銅鋯合金；時(shí)效；硬度；導(dǎo)電性

0引言

由于優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐蝕性及良好的加工性能，銅被廣泛應(yīng)用在電力、機(jī)械制造等行業(yè)。但純銅的強(qiáng)度較低，雖然冷加工能使其強(qiáng)度大幅提高，但會(huì)使其塑性降低。[1]高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金不僅具有較高的強(qiáng)度和良好的塑性，具備優(yōu)良的導(dǎo)電性能，還具有較高的抗氧化、抗應(yīng)力松弛、抗蠕變、抗應(yīng)力腐蝕能力，同時(shí)具備疲勞性能好，無(wú)氫脆等性能特點(diǎn)。高強(qiáng)度高導(dǎo)電銅合金克服了純銅應(yīng)用上的不足，大大節(jié)省了材料，同時(shí)又有較長(zhǎng)的使用壽命。[2]美國(guó)在研制航天飛機(jī)軌道級(jí)主發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)做了大量對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銅銀鋯合金具有最好的低周熱疲勞壽命。[3]本文將研究時(shí)效處理對(duì)銅鋯合金力學(xué)性能和導(dǎo)電性能的影響，并比較銀含量對(duì)銅鋯合金性能的影響。

1試驗(yàn)材料和方法

本次試驗(yàn)中，不同成分的銅鋯合金是采用真空熔煉技術(shù)制得，其中最主要的變化是銀（Ag）的含量。試驗(yàn)中三種銅鋯合金經(jīng)過(guò)920℃、保溫50分鐘的固溶處理后，冷軋變形，變形量為74%。試驗(yàn)中選取了380℃、400℃、410℃、420℃、430℃五種時(shí)效溫度下保溫2小時(shí)，對(duì)比時(shí)效溫度對(duì)銅鋯合金的影響。在控制時(shí)效溫度為400℃，三種銅鋯合金分別試樣經(jīng)過(guò)1h、2h、3h、4h、6h、8h的保溫，研究時(shí)效時(shí)間對(duì)銅鋯合金性能的影響。試驗(yàn)中，用7501型渦流電導(dǎo)儀測(cè)量試樣電導(dǎo)率。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1試驗(yàn)結(jié)果

（1）Ag對(duì)銅合金性能的影響。Ag對(duì)銅鋯合金硬度的影響及Ag對(duì)銅鋯合金電導(dǎo)率的影響分別如圖1和圖2所示。比較圖1和圖2中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的變化規(guī)律可以發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是否經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，含銀量增加，合金的硬度都會(huì)大大提高，電導(dǎo)率也會(huì)逐漸上升。同時(shí)，時(shí)效處理后試樣的導(dǎo)電率明顯要比未經(jīng)過(guò)時(shí)效處理試樣的導(dǎo)電率高。

（2）時(shí)效溫度下對(duì)銅鋯合金性能的影響。時(shí)效溫度對(duì)銅鋯合金硬度的影響及時(shí)效溫度對(duì)銅鋯合金電導(dǎo)率的影響分別如圖3和圖4所示。圖3表明，3種合金硬度都隨時(shí)效溫度上升然后下降，1#試樣當(dāng)溫度在410℃達(dá)到峰值，2#試樣在400℃達(dá)到峰值，3#試樣在400℃達(dá)到峰值，然后隨時(shí)效溫度的增加而逐漸降低。因此，1#試樣最佳時(shí)效溫度410℃，2#試樣和3#試樣的最佳時(shí)效溫度均為400℃。

（3）時(shí)效時(shí)間對(duì)銅鋯合金性能的影響。時(shí)效時(shí)間對(duì)銅鋯合金硬度的影響及時(shí)效時(shí)間對(duì)銅鋯合金電導(dǎo)率的影響分別如圖5和圖6所示。圖5顯示，3種合金的硬度值都出現(xiàn)隨時(shí)效時(shí)間先上升后下降的變化規(guī)律，且1#，2#合金都在6h達(dá)到最高值，3#試樣在4h達(dá)到最高值，然后隨時(shí)效時(shí)間的增加而逐漸降低。圖6顯示，3種合金電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)是隨著時(shí)效時(shí)間增加電導(dǎo)率逐漸上升，但是時(shí)效4h之后，電導(dǎo)率的變化趨勢(shì)減小。

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）Ag對(duì)銅合金性能的影響。三種試驗(yàn)合金都屬于時(shí)效強(qiáng)化型合金。經(jīng)過(guò)“固溶+時(shí)效”處理后，過(guò)飽和固溶體分解，產(chǎn)生第二相β-Ag和銅鋯化合物粒子。β-Ag粒子和銅鋯化合物粒子在晶界處彌散分布，使得合金的強(qiáng)度增加，同時(shí)銀的加入，會(huì)促進(jìn)更多的鋯元素溶入銅基體中，形成了更高濃度的過(guò)飽和固溶體，經(jīng)時(shí)效可以得到大量的、細(xì)小的第二相析出物，強(qiáng)化了析出強(qiáng)化的效果。雖然銀的導(dǎo)電性好過(guò)銅，但是形成固溶體之后，銅合金的電阻率會(huì)上升，說(shuō)明導(dǎo)電性能下降，原因是銀溶入銅晶體中增加了電子散射幾率。[4]但是銅合金晶體點(diǎn)陣畸變對(duì)電子的散射作用比時(shí)效處理析出的第二相引起的散射作用強(qiáng)得多，所以經(jīng)過(guò)時(shí)效處理后的合金導(dǎo)電性能會(huì)變高。[5]

（2）時(shí)效工藝下對(duì)銅鋯合金性能的影響。三種試驗(yàn)材料在經(jīng)過(guò)固溶處理后形成過(guò)飽和固溶體，經(jīng)過(guò)時(shí)效處理之后從過(guò)飽和固溶體中析出許多的β-Ag粒子和銅鋯化合物粒子，這些粒子會(huì)使得合金的強(qiáng)度硬度上升。隨著時(shí)效溫度上升和時(shí)效時(shí)間延長(zhǎng)，銅鋯化合物從銅基體中析出，彌散分布在基體周?chē)鸬綇?qiáng)化的效果。但是，隨著時(shí)效溫度提高和時(shí)效時(shí)間變長(zhǎng)，析出相數(shù)量增多，在隨后的析出過(guò)程中析出相變粗，合金硬度和強(qiáng)度就會(huì)隨之下降。而電導(dǎo)率則不同，銅鋯合金的電導(dǎo)率主要取決于基體的電導(dǎo)率。隨著時(shí)效溫度的提高和時(shí)間的延長(zhǎng)，基體中溶質(zhì)濃度下降，合金的電導(dǎo)率隨時(shí)效工藝溫度升高和時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸上升，但隨著析出相析出速度變慢，上升趨勢(shì)逐漸變緩。

3主要結(jié)論

經(jīng)過(guò)上述試驗(yàn)，可得出以下三個(gè)結(jié)論。第一，銀在銅鋯合金中能起到強(qiáng)化作用，同時(shí)在添加銀后，會(huì)促進(jìn)鋯溶入銅基體內(nèi)，使得析出強(qiáng)化效果加強(qiáng)。第二，3種合金經(jīng)過(guò)固溶處理后，CuZr0.5最佳時(shí)效工藝是410℃，保溫6小時(shí)；CuAg0.1Zr0.5最佳時(shí)效工藝是400℃，保溫6小時(shí)；CuAg3Zr0.5最佳時(shí)效工藝是400℃，保溫4小時(shí)。第三，銅鋯合金的電導(dǎo)率與銅基體的電導(dǎo)率有密切關(guān)系，時(shí)效處理可提高銅合金的電導(dǎo)率。4結(jié)束語(yǔ)純銅的強(qiáng)度局限性阻礙了銅的應(yīng)用，這就對(duì)高強(qiáng)高導(dǎo)電銅合金的材料研制提出了迫切要求。本文研究的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金是以銅鋯合金為基體，加入適當(dāng)?shù)你y元素制成的。該合金擁有和銅一樣優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時(shí)由于銀的加入，其強(qiáng)度也出現(xiàn)大幅的上升。本研究將為銅合金性能的提升和熱處理工藝的優(yōu)化提供參考，同時(shí)將促進(jìn)銅合金的進(jìn)一步應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳志強(qiáng).高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金的研究概述[J].材料工程,1995(7):3-6.

[2]張曉輝,李永年,寧遠(yuǎn)濤.高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性Cu-Ag合金的研究進(jìn)展[J].貴金屬,2001(1):47-52.

[4]肖世玲.Cu-Ag-Zr合金組織與性能[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2006.

[5]劉平,康布熙,曹興國(guó),等.快速凝固Cu-Zr合金的析出特性及其對(duì)性能的影響[J].功能材料,1999(6):624-626.

作者：仇潞 單位：南通航運(yùn)職業(yè)技術(shù)學(xué)院