薄壁纯铜热管由于其高效的散热能力被广泛应用在一些高热流密度的电子器件中。在实际应用时,热管需要被弯曲成各种形状来连接热端与冷端,而弯曲部位表面通常会产生类似橘皮状的粗糙化现象。这种表面缺陷对热管的散热能力以及耐蚀性都会产生不利作用,同时也影响产品美观。薄壁纯铜热管的特点为:(1)具有薄壁小径的特点(外径≤6mm,壁厚≤0.3mm);(2)经过高温烧结工艺(920℃-980℃),材料内部晶粒严重长大,微观组织状态已经不同于常规的退火处理情况;(3)由于具有较低的层错能,纯铜在进行热处理时会大量产生退火孪晶,而其在烧结过程中的演变以及对铜管弯曲变形的影响还缺乏认识和研究。故本文针对薄壁纯铜管表面粗糙化机理及其与铜管退火后组织、织构和力学性能之间内在调控关系展开系统、深入的研究,并提出铜管表面粗糙化问题的改善方法,为薄壁纯铜管组织和织构演变关系提供理论依据,并为铜管实际生产工艺参数的选取提供借鉴。首先,选取弯曲过程中容易产生橘皮和不容易产生橘皮的热管样品进行对比分析,对弯曲变形前后热管表面宏观形貌和管壁微观组织进行观察和表征,揭示热管表面橘皮缺陷形成机理,同时建立了热管弯曲过程晶体塑性有限元介观模型,探索了晶体取向与表面橘皮缺陷产生的关系。结果表明:经过高温烧结处理后,热管组织严重粗化,基体形成强烈的再结晶织构(高斯织构);而易产生橘皮的热管样品组织中分布着异于基体织构的条带状退火孪晶,文中将其定义为“硬取向”组分,它们具有较低的施密特因子,塑性变形能力较差,与基体的“软取向”组分难以协调;经过晶体塑性有限元法模拟可知,在单拉变形过程中“软取向”基体沿表面法向发生负位移,形成凹陷,而“硬取向”组分则发生正位移而形成凸起,从而形成宏观表面的橘皮形貌。其次,通过原位高温金相观察及EBSD测试技术对薄壁纯铜管烧结过程组织及织构演变规律进行研究,特别是对退火孪晶的形成、长大及其交互作用关系进行定性和定量的分析,揭示了烧结热管中“硬取向”组分的形成机理。结果表明:在加热初期(300℃-400℃),铜管中再结晶晶粒形核后以孪晶界形式快速长大,导致∑3孪晶界含量大量增加;在加热第二阶段(400℃-900℃),再结晶晶粒处于正常长大阶段,孪晶界含量先增加到峰值随后开始缓慢降低,这是由于Σ3孪晶界之间发生晶界反应,形成Σ9晶界,转变为一般大角度晶界;加热第三阶段(>900℃)为晶粒异常长大阶段,退火孪晶主要以条带状形式存在基体中。研究还发现,微量杂质元素磷偏聚在退火孪晶晶界处,对孪晶界起到钉扎作用,使其在晶粒长大过程中难以迁移,最终遗留在基体中成为“硬取向”组分。系统研究了铜管微观参数及力学性能与表面粗糙化程度之间的关系。选取面粗糙度参数对不同温度条件下铜管弯曲表面粗糙化程度进行表征,结果表明:随着温度的提高,表面粗糙度Sa数值先减小,再随温度升高而增大,达到峰值后又减小,当温度达到600℃时表面开始出现橘皮缺陷,对应的表面粗糙度Sa=2246nm;薄壁铜管表面粗糙化程度受到晶粒尺寸和再结晶织构组分的共同作用,表面粗糙度Sa只在一定范围内随着平均晶粒尺寸的增加而增加,这个范围恰好为管壁组织的晶粒正常长大阶段,对应平均晶粒尺寸在20-96μm之间;而当晶粒进入异常长大阶段,具有“软取向”的高斯织构组分含量显著提高(>75%),对表面粗糙化程度起到缓解作用,此时虽然平均晶粒尺寸继续增加,但表面粗糙度数值却有所降低。在上述基础上,研究获得了基于微观参数调控的不同热处理状态铜管表面质量优化方法。当薄壁铜管进行中低温热处理时,管壁平均晶粒尺寸为影响表面粗糙化程度的主要因素,因此需要尽量使管壁保持较低的晶粒尺度。适当的热处理温度为400-500℃,此时表面粗糙度Sa数值最低,且不会形成宏观橘皮缺陷,可获得较好的表面质量;当薄壁铜管进行高温热处理时,管壁内形成的高斯再结晶织构成为决定表面粗糙化现象的主要因素,因此需要尽可能提高高斯织构组分所占百分比,减少“硬取向”组分的影响。此时提高热处理温度至900℃以上可获得较低的表面粗糙度Sa数值,对表面橘皮缺陷有一定减弱效果。为了消除高温烧结处理时热管中“硬取向”组分的不利影响,解决表面橘皮缺陷,采取添加微量稀土 La的方法对铜熔体进行深度净化,降低以磷为主的杂质含量。磷含量最低可降低至3PPm左右,经过烧结处理后铜管组织内“硬取向”组分显著降低,有效地解决了热管弯曲表面橘皮问题。