[发明专利]内部多取向孪晶与析出相共存的铜镍硅合金及其制备方法

说明书

内部多取向孪晶与析出相共存的铜镍硅合金，包括以下质量百分比的组分：2.5~3.5%的Ni，0.6~0.85%的Si，0.3~0.5%的Cr，余量为铜；铜镍硅合金中含有30‑35%体积的高密度、且具有不同取向的纳米孪晶，纳米孪晶的厚度为5~70 nm，不同取向的纳米孪晶呈相互交叉状，或纳米孪晶的尖端终止于不同取向的纳米孪晶晶界和晶粒边界处，铜镍硅合金中还均匀分布有粒径为6~20nm的纳米级析出相。本发明将元素配比优化、调控热处理和晶粒细化工艺相结合，使均匀分布的析出相和高密度多取向纳米孪晶同时存在于合金基体中，达到改变合金内部组织结构，显著提高合金性能，制备高强、高导、高延伸性铜镍硅合金的目的。

技术领域

本发明涉及铜合金的制备技术领域，具体的说是一种将析出相和不同取向孪晶结合的高强、高导、高延伸性的高性能铜镍硅合金材料及其制备方法。

背景技术

铜镍硅合金具有优异的强度和导电性，是电子电器工业中广为应用的一种合金。铜镍硅合金的强度一般为600MPa左右，导电率为30%IACS左右，其广泛应用在引线框架和连接器接头等器件上。铜镍硅合金的内部主要以析出相Ni₂Si的析出来提升合金的性能。在Ni₂Si析出相析出的过程中，易受温度影响而造成内部析出相聚集，分布不均等问题，因此，如何在铜镍硅合金制备的过程中对析出相的结构、析出位置以及分布状况进行有效把控，对于提升铜镍硅合金的性能来说具有重要的作用。

纳米孪晶具有强度高，塑性和加工硬化好等优点。相比于传统的析出强化和晶粒细化周围通常产生有很高的应变梯度，造成应力集中的问题。纳米孪晶晶粒周围在均匀塑性应变下几乎没有应变/应力集中，因此纳米孪晶可有效提高材料的强度和延展性。但孪晶结构通常不易在铜合金等高层错能材料中出现，因为铜合金材料内部可开动的滑移系多，造成位错的滑移往往取代了孪晶的产生。同时，现有技术中合金内部的孪晶结构通常为单取向结构，单取向结构的纳米孪晶由于自身结构的限制，对于合金基体的细化作用和延伸率提高来说，作用较为有限。

另外，现有技术中，合金内部的析出相和纳米孪晶结构同时存在的状况很少，因为在析出相的引入过程中，析出相Ni₂Si生成所需的高温环境会对结构脆弱的纳米孪晶结构进行破坏，进而导致成品合金中两者不能同时存在。因此，如何在制备过程中对铜镍硅合金的内部结构进行有效改进，使其导电率、延伸性、抗拉强度等性能得到同步显著提高，以制备出综合性能得到显著提升的铜镍硅合金，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的技术目的为：提供一种将元素配比优化、调控热处理和晶粒细化工艺相结合的铜镍硅合金制备新方法，使均匀分布的析出相和高密度多取向纳米孪晶同时存在于合金基体中，以达到改变合金内部组织结构，显著提高合金性能，制备高强、高导、高延伸性铜镍硅合金的目的。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：内部多取向孪晶与析出相共存的铜镍硅合金，包括以下质量百分比的组分：2.5~3.5%的Ni，0.6~0.85%的Si，0.3~0.5%的Cr，余量为铜和不可避免的杂质元素；该铜镍硅合金中含有30-35%体积的高密度、且具有不同取向的纳米孪晶，所述纳米孪晶的厚度为5~70 nm，不同取向的纳米孪晶呈相互交叉状，或者纳米孪晶的尖端终止于不同取向的纳米孪晶晶界和晶粒边界处，铜镍硅合金中还均匀分布有粒径为6~20nm的纳米级析出相。

内部多取向孪晶与析出相共存的铜镍硅合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、合金熔炼

按照上述质量百分配比，分别称取镍、硅、铬和铜置于高频真空熔炼炉中，于惰性气体保护条件下对其进行高温真空熔炼，之后，于950~1100℃条件下进行浇筑，空冷至室温后，制得合金铸锭，备用；

步骤二、热挤压

将步骤一制得的合金铸锭加热至900~1050℃进行保温处理1~2h，之后热挤压成棒坯，备用；

步骤三、固溶处理