低温变形Cu-Cr-Zr合金带材组织与性能研究

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铜及铜合金带材广泛应用于电子集成电路行业,随着5G产业的快速发展,集成电路引线框架、高速背板材料要求更高的拉伸强度和导电率。Cu-Cr-Zr合金具有优秀的拉伸强度、良好的导电性和高温稳定性,在电子行业得到了广泛应用。为满足5G产业产品的小型化、高性能和集成化标准要求,迫切需要开发高强度、高导电Cu-Cr-Zr合金带材。本文提出等通道挤压(ECAP)+低温轧制(Cryogenic Rolling,CryoR)复合变形工艺,研究了ECAP挤压道次、轧制温度、轧制变形量以及真空时效处理对Cu-Cr-Zr合金带材的组织与性能的影响,探讨了合金强化、导电机理,主要结果如下:(1)Cu-Cr-Zr合金分别经过50%、75%、90%和98%的室温轧制(RR)与低温轧制(CryoR)。RR变形过程中晶粒被拉长细化,CryoR变形过程中晶粒破碎细化,并且CryoR变形态合金的位错密度高于RR变形态合金。在CryoR(98%)变形组织中发现大量纳米孪晶。RR(98%)变形Cu-Cr-Zr合金带材的导电率、显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率分别为34.1%IACS、161.8HV、478.9MPa、6.5%,CryoR(98%)变形合金的分别为30.3%IACS、183.7HV、563.4MPa、8.6%。经过真空时效处理后,RR与CryoR合金组织中都产生了析出物,但RR变形合金中的析出物在晶界处大量团聚,导致合金强度不高,而CryoR变形合金中的析出物并无此现象。时效态CryoR(98%)合金的导电率、显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率分别为81.6%IACS、211.4HV、671.5MPa和12.4%。(2)Cu-Cr-Zr合金经ECAP+RR/CryoR(90%)复合变形后,晶粒随着ECAP道次的增加而不断细化,位错密度增加。ECAP+RR(90%)变形的合金会发生回复,晶粒细化程度和位错密度增幅较小,性能提升的效果不明显。4P+CryoR(90%)变形合金的导电率、显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率分别为30.4%IACS、190.6HV、618.5MPa、12.3%,真空时效后,其性能分别为81.4%IACS、228.5HV、704.3MPa、15.1%。(3)Cu-Cr-Zr合金经过4P+CryoR(98%)剧烈塑性变形后,合金组织中含有细小的纳米孪晶、纳米晶、超细晶以及高密度位错。Cu-Cr-Zr合金带材的导电率、显微硬度、抗拉强度、断裂伸长率分别为29.2%IACS、204.3HV、628.3MPa、9.75%,真空时效后,其性能分别为81%IACS、233HV、731MPa、8.5%,进一步提升强度的同时显著提高了导电性,最佳制备工艺路线为ECAP(4P)+CryoR(98%)+AT(450℃×0.5h)。低温变形CuCr-Zr合金的高强度归因于形变强化、孪晶强化和析出强化,高导电归因于纳米孪晶界和细小析出相的特殊机制。
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