Sn和In在Cu中的作用机理

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本文通过在高纯阴极铜中添加少量Sn、In元素制得Cu-Sn-In合金,对不同Sn、In添加量的Cu-Sn-In合金进行研究。通过金相组织观察、拉伸试验、硬度测试、电导率测量、X射线衍射分析、扫描电镜观察和能谱分析对其组织结构、拉伸力学性能和电导率进行了分析,探讨了Sn和In在Cu中对于组织性能的影响规律,并从理论上加以解释说明。实验主要结果表明:(1)Sn和In元素的加入在Cu基体中形成了Cu3Sn相和Cu11In9相,二者呈白色颗粒弥散分布在Cu基体中,并且稳定存在,不随Sn、In元素的增加和热轧、冷轧而改变。二者的加入在整体上提高了纯铜的抗拉强度,不同之处在于,随着Sn含量的增加,合金的抗拉强度是一直升高的,而随着In含量的增加,抗拉强度先是升高,当In含量高于0.2%时,抗拉强度开始下降。本次试验中,Cu-0.3Sn-0.2In合金和Cu-0.2Sn-0.2In合金在冷轧态下表现出了良好的拉伸力学性能,分别为396.47MPa和387.39MPa。(2)Sn和In元素的加入从整体上来看降低了纯铜的电导率,并且Sn、In含量越高,电导率下降的越多。不同之处在于,当In含量小于0.2%时,电导率下降较快,大于0.2%时下降速度放缓,Sn则反之,说明Sn含量不宜过高。而热轧和冷轧对合金的电导率影响不大,但是热轧可以略微恢复一些电导率。热轧可以使电导率恢复1%左右,冷轧则使电导率降低1~2%。(3) Cu-0.2Sn-0.2In合金表现出了较为均衡的性能,抗拉强度387.39MPa,电导率78.77%IACS,认为该成分比较合理。(4)通过对不同加工量的Cu-0.2Sn-0.2In合金的再结晶退火实验,建立了再结晶退火时,硬度、退火温度与变形程度之间的数学模型:式中:y为布氏硬度;x为退火温度(℃);ε为预变形程度(%)。(5) Cu-0.2Sn-0.2In合金再结晶开始温度与预变形程度之间基本呈指数衰减规律,通过拟合分析得到二者之间相互影响的函数关系:T=479.26*exp(-ε/9.64)+220.39(6) Cu-0.2Sn-0.2In合金再结晶退火的主要影响因素为退火温度和预变形程度,保温时间的影响不大。在本实验条件下,制定出Cu-0.2Sn-0.2In合金的再结晶退火工艺为450℃,保温1.5h。既保证了再结晶充分进行,又不会导致晶粒过分粗大。
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