NiCrAlFe合金薄带的制备及其组织性能研究

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NiCrAlFe(卡玛)合金作为Ni-Cr基精密电阻合金的一种,因其具有电阻率高、电阻温度系数小、对铜热电势低及良好的室温成形性等优点,被广泛应用于制作各种测量仪器的精密电阻元件及应变片。当其应用于电子行业时,通常需要制成箔片或薄带状,一般采用塑性变形和热处理相结合的制备工艺。在塑性变形及后续热处理过程中,合金的组织、晶体缺陷及织构类型等都会发生变化从而对合金电学性能产生较大影响,而目前关于冷变形造成的晶体缺陷,特别是织构类型对NiCrAlFe合金电学性能的影响的报道相对较少。基于此,本文以商用NiCrAlFe合金为原材料,对合金进行冷轧及热处理后,通过OM、XRD、SEM、EBSD及电阻率、电阻温度系数(TCR)测试等方法对不同工艺下合金的组织和电学性能进行了研究,重点研究了制备过程中织构的演变及其对合金电学性能的影响,并得出了较优的NiCrAlFe合金冷轧薄带制备工艺。主要得到以下结果:NiCrAlFe合金经60%、80%及89%冷变形后,合金的显微组织由等轴晶变为纤维状。随着变形量的增加,组织中出现了剪切带,合金中的小角度晶界逐渐向大角度晶界转变,局部取向差平均值升高,平均晶粒尺寸减小,位错密度增加。随着变形量的增加,合金中的织构类型发生了转变,由Goss、R-Goss和P织构转变为Brass、Copper和S织构。冷变形使合金的电阻率由1.118μΩ·m增加至1.312μΩ·m,合金电阻率的升高是晶格畸变、晶粒尺寸、缺陷密度及织构类型等因素共同作用的结果,其中冷变形织构,特别是R-goss织构的演变,对合金电阻的方向性及大小产生了重要的影响,且合金的TCR20-120值随着冷变形量的增加而增大。不同变形量合金再结晶退火工艺不同。经高温退火后合金形成了无畸变的等轴晶,孪晶界成为合金中主要的晶界类型。随着退火温度的升高,晶粒尺寸增大,局部取向差平均值下降,位错密度下降。高温退火后,不同冷变形量合金的织构类型转变是不同的,既有冷变形织构的保留,也有新的再结晶织构的生成,织构类型主要以Cube、Copper、R、Brass等再结晶织构为主。不同变形量合金经过再结晶退火后电阻率与冷轧态相比均有所增大,电阻率的升高是晶粒尺寸、孪晶界、缺陷密度、织构类型、K状态等因素共同作用的结果,其中K状态的产生起到了决定性的作用。退火后合金电阻仍具有一定的方向性,这主要与R-Goss织构的存在有关。经高温退火后,不同程度冷变形合金的TCR20-120值略有下降,这主要是合金热力学稳定性升高所导致的。89%变形量合金经980℃×5h退火电学性能较优,电阻率由冷变形时的1.312μΩ·m升高至1.551μΩ·m,升高了18.8%,电阻温度系数由148.84×10-6/℃降低至96.77×10-6/℃。退火合金经回火后产生孪晶界仍然为合金中主要的晶界类型,且晶粒尺寸随着回火温度的升高而增大;局部取向差平均值下降,位错密度下降。回火处理后,不同冷变形量合金的织构类型继续转变,织构由回火前的多种织构类型转变为单一织构类型,以R、Goss织构为主。不同变形量合金经过回火后电阻率与冷轧态相比均有所降低,合金电阻率的降低是晶粒尺寸、孪晶、缺陷密度、K状态等因素共同作用的结果,其中晶粒尺寸起到了决定性的作用。R-Goss织构的消失及织构类型的单一化使得合金电阻的方向性基本消失,表明退火+回火工艺可减弱冷轧合金电阻的方向性。合金经回火处理后,电阻温度系数均略有下降,当回火过程中合金K状态充分形成时,可获得较低的电阻温度系数。冷轧制备NiCrAlFe合金薄带的电学性能与冷变形、退火及回火工艺的选择密切相关,只有选择合适的工艺组合,获得最佳的组织状态,并使合金K状态充分形成,才可获得较优的电学性能。合金通过89%冷变形+980℃×5h退火+水淬+475℃×4h回火后,电阻率由冷变形时的1.312μΩ·m升高至1.42μΩ·m,电阻温度系数由冷变形时的148.84×10-6/℃降低至51×10-6/℃,降低了66%,综合电学性能较好。
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