【摘 要】
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Cu-Ni-Si合金具备高强高导、无磁性等优点,被认为是引线框架材料的理想候选材料,然而采用熔炼法制备的Cu-Ni-Si合金极易在铜晶界上形成大尺寸的不导电金属间化合物相,严重影响合金性能,难以获得高性能的合金材料。为此,本论文首先采用粉末冶金法制备了 Cu-Ni-Si合金材料,通过分析比较合金的性能确定了最佳烧结工艺参数,并结合热力学阐明其反应行为与相选择;随后,利用正交实验研究了固溶温度、固溶
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Cu-Ni-Si合金具备高强高导、无磁性等优点,被认为是引线框架材料的理想候选材料,然而采用熔炼法制备的Cu-Ni-Si合金极易在铜晶界上形成大尺寸的不导电金属间化合物相,严重影响合金性能,难以获得高性能的合金材料。为此,本论文首先采用粉末冶金法制备了 Cu-Ni-Si合金材料,通过分析比较合金的性能确定了最佳烧结工艺参数,并结合热力学阐明其反应行为与相选择;随后,利用正交实验研究了固溶温度、固溶时间、时效温度以及时效时间对Cu-Ni-Si合金组织与性能的影响,得出了最合适的热处理工艺;最后,探索了 Cu-Ni-Si薄板的制备方法,获得了性能良好的Cu-Ni-Si薄板。研究结果对高性能Cu-Ni-Si合金的制备以及生产应用提供了新思路,本文得到的主要结论如下:（1）采用粉末冶金法烧结制备的Cu-Ni-Si合金显微组织由α-Cu（Ni,Si）基体,铜基体晶粒内部的Ni2Si相以及晶界上的Ni31Si12相组成。随着烧结温度的升高,Ni2Si和Ni31Si12数量减少,更多的Ni、Si原子固溶进铜基体中;随着烧结时间的延长,铜基体晶粒和Ni31Si12的尺寸都在变大。热力学分析结果表明Ni31Si12的自由能变值最低,因此该相在晶界处反应生成,而Ni2Si相具有最低的形成焓,更容易在晶粒内部脱溶形成。（2）Cu-Ni-Si合金材料的致密度、硬度、导电率和抗拉强度等性能受到粉末冶金工艺参数和化学成分的影响显著,其中硬度和抗拉强度的变化规律保持一致。以合金的综合性能（强度平方与导电率的乘积）为评价标准,确定了 Cu-Ni-Si合金的最佳烧结工艺参数为:烧结温度950℃、烧结时间1.0h;在最佳烧结工艺参数下得出,合金的Ni、Si质量比为5.0:1时,Cu-Ni-Si合金的硬度和导电率均达到较高值。（3）经过固溶处理后Cu-Ni-Si合金的晶粒发生长大,晶界相Ni31Si12发生粗化,硬度和导电率均下降;时效处理后铜晶粒内部弥散析出了尺寸不一致的棒状Ni2Si相,硬度和导电率得到了大幅度提升。通过对正交实验后的Cu-Ni-Si合金性能指标进行分析以及优化,得到的最合适热处理工艺为:固溶温度900℃、固溶时间2 h、时效温度550 ℃、时效时间10 h。（4）在正交实验中分析了各个因素对Cu-Ni-Si合金显微组织和性能的影响规律,随着固溶温度增加,硬度逐渐增大而导电率下降;固溶时间的延长使铜晶粒长大、晶界相发生粗化,导致导电率下降,而且过长的固溶时间也会导致硬度减小;时效温度的升高和时效时间的延长均有利于Ni2Si相的析出,从而提高合金的硬度和导电率,但时效过程中Ni2Si相的过度长大会造成硬度的下降。（5）经过热轧+固溶+冷轧处理后的Cu-Ni-Si合金板材组织由铜基体和Ni31Si12相组成,随着轧制量的增加,铜基体的晶粒沿轧制方向逐渐被拉长。并且随着轧制量的增加,合金板材的硬度逐渐增大,导电率逐渐下降;时效处理后硬度和导电率均明显提高,分别达到了 269.64 HV、50.88%IACS。（6）通过粉末直接轧制获得了尺寸较大、没有明显缺陷的高质量Cu-Ni-Si生坯板材,其粉末颗粒之间接合紧密,均匀性较好。烧结后的Cu-Ni-Si薄板已经完成致密化烧结,再经过热处理（固溶+时效）获得了硬度为238.66 HV,导电率为44.91%IACS的Cu-Ni-Si薄板,该薄板的性能略低于合金板材,但厚度更小。
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