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高强高导Cu基合金以其优良的力学和导电性能,在电子、电力、机械、冶金等工业领域具有广泛的应用前景。现有的原位形变法制备的Cu-Ag合金可以获得较高的强度与导电性能,但合金的加工性能显著降低。本论文在国家自然科学基金项目No.51004038的资助下,利用定向凝固制备定向排列纤维增强的原位生长Cu-Ag合金,并以稳恒磁场控制流体流动,为高强高导Cu基合金的制备提供新思路,具有重要的理论与应用价值。 本论文选用Cu-Ag合金系中具有发达初生枝晶的Cu-6%Ag合金、层片状共晶的Cu-72%Ag共晶合金这两种典型合金成分为研究对象,采用不同定向凝固工艺和水平磁场制备原位生长Cu-Ag合金,研究不同条件对合金定向凝固组织以及性能的影响,主要的结果如下: 1、不同水平磁场强度下EP定向凝固Cu-6%Ag合金组织的研究表明,冷却强度较大的水冷铜模区域,枝晶发达且定向生长效果较好。施加水平磁场有效细化合金的微观组织,提高了试样宏观以及微观组织的定向生长效果; 2、在给定温度梯度GL为40K/cm时,不同抽拉速度下LMC定向凝固Cu-6%Ag合金组织定量分析表明,随定向凝固抽拉速度v的增加,Cu-6%Ag合金初生Cu枝晶的一次枝晶间距λ1单调减小,枝晶内的Ag含量逐渐增大。这是由于不同的抽拉速度影响了糊状区内的溶质浓度梯度和成分过冷; 3、在温度梯度GL为40K/cm,抽拉速度为100μm/s时,不同水平磁场下Cu-6%Ag合金定向凝固组织的定量分析表明,水平磁场细化了合金的枝晶组织,增加了枝晶内的Ag含量,这主要是由于水平磁场抑制熔体的宏观对流的同时诱发了热电磁对流效应所致。磁场的施加改变了初生Cu枝晶的生长方向,XRD轴向反极图结果表明,<001>取向密度随磁场强度的增加显著降低; 4、综合考察不同抽拉速度及水平磁场条件下Cu-6%Ag合金的性能发现,合金的显微硬度值随平均一次枝晶间距λ1的降低逐步升高。在取向一致的情况下,合金导电率随平均二次枝晶间距λ2的增加而升高。施加水平磁场后,由于一次枝晶生长方向偏离轴向,合金导电率显著下降; 5、温度梯度GL为40K/cm,不同抽拉速度及水平磁场强度下LMC定向凝固Cu-72%Ag合金的定量分析表明,抽拉速度的增加降低了共晶体宽度及其内部的两相层片间距。100μm/s下,水平磁场有效降低了胞状共晶体的尺寸,但是却使得共晶体内两相层片组织的排列趋于杂乱,并有明显的粗化趋势。这主要是由于水平磁场下,不同的微观组织所对应的生长机理不同,胞状共晶体的生长主要受制于磁场影响下的宏观对流,而两相层片结构的生长则完全依靠几百纳米范围内溶质原子沿界面的横向扩散; 6、综合不同抽拉速度及磁场条件下Cu-72%Ag合金的性能发现,合金显微硬度和导电率都是由Cu、Ag两相层片间距大小所控制,随层片间距减小,合金硬度值升高,导电率下降。