新型高强高导电铜锆铝合金快速凝固连续铸造技术研究结题摘要

高强度高导电铜合金，是微电子、通讯、交通和航空航天等高新技术领域重要的新型功能材料。本项目研究了微合金化的CuZrAl合金组织与性能的关系。探索了热处理工艺对合金导电率和力学性能的影响。同时，设计出快速凝固连续铸造结晶器，研究了合金的快速凝固连铸技术，并对连铸合金棒材进行了组织与性能评价。 铜模喷铸2 mm直径Cu90Zr10-xAlx合金棒由α-Cu和Cu5Zr相组成，Al固溶于α-Cu中。其中Cu90Zr9Al1由α-Cu Cu5Zr的共晶组织基体和其上弥散分布的细小纤维状Cu5Zr增强相组成，Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5由先析出的枝晶状α-Cu和枝晶间的α-Cu Cu5Zr共晶组织构成，Cu90Zr3Al7和Cu90Zr1Al9由α-Cu晶粒和晶界处的少量α-Cu Cu5Zr共晶组织所构成。Cu90Zr9Al1、Cu90Zr7Al3和Cu90Zr5Al5合金棒的压缩屈服强度分别达到1513、1066和812MPa，维氏硬度分别为420、326和250。 铜模铸造20mm直径的Cu99Zr0.5Al0.5合金由细小的等轴晶粒组成，晶界处存在少量α-Cu Cu5Zr共晶组织，冷轧后等轴晶粒转变为条带状变形组织，晶界处共晶组织破碎，呈不连续条状分布。经过70%冷轧450℃/1h时效的Cu99Zr0.5Al0.5合金，具有较好的综合性能，抗拉强度为460MPa，伸长率为16%，导电率为60% IACS。对添加0.01�的合金进行950℃/1h固溶处理，固溶处理后经70%冷轧450℃/2h时效处理，抗拉强度达到469.2 MPa、导电率达83.3% IACS。 自主设计出真空双室差压快速凝固水平连铸系统，成功连铸出纯铜和CuZrAl合金及CuZrAlCe合金棒材，合金棒具有良好的表面质量。其中，Cu90Zr9Al1合金棒由交替分布的α-Cu和Cu5Zr相组成，压缩断裂强度为996MPa，抗拉强度为865MPa，导电率为12.3%IACS。对于添加0.01at�的Cu-Zr合金，在1250℃的连铸温度下、使用2mm/s的拉坯速度、拉5s停2s的连铸工艺、2L/min的冷却水流量和0.05MPa压差，成功制备出表面质量良好的合金棒。

高强度高导电性铜合金，是微电子、通讯、交通和航空航天等高新技术领域重要的新型功能材料。本申请前期预研中发现：Al元素的添加可以使Cu-Zr合金在快速凝固后，直接获得细密纤维状的双相增强结构，有效地提高了基体合金的强度。鉴于快速凝固技术在提高铜合金强度和导电率方面的优势，以及稀土元素(Ce和Y)对铜合金熔体净化和细晶强化的显著作用，本项目将以Cu-Zr-Al系合金为研究对象，通过稀土元素微合金化和快速凝固技术，揭示合金组织的演变规律及增强相的稳定机制，明确组织结构与综合性能的关系；通过对Cu-Zr-Al系合金凝固温度场的计算分析，获得形成纤维增强结构的冷却条件，优化石墨水冷铜模铸型的结构设计，建立起适用于高强高导电Cu-Zr-Al合金的快速凝固连铸系统，获得新型高效稳定的制备工艺，使快速凝固高强高导电铜合金不再限于薄带或单一块锭产品，为今后我国高强高导电材料的开发和应用提供新思路和新方法。

快速凝固粉末铝合金是快速凝固取得的最重要成果之一。美国材料咨询局( NMAB)对先进的快速凝固铝合金的研究做了全面的评估，得出的结论是：(1)快速凝固粉末铝合金的性能比传统铸锭冶金优越得多；(2) 快速凝固粉末冶金铝合金主要用于航空工业；(3)现行的有关相关系、显微组织及结构性能方面的知识不适用于快速凝固铝合金。咨询局的评估是对快速凝固铝合金的研究、开发、试验与生产的有力支持，该报告特别指出应进行长期、广泛的基础研究并制定发展规划。

快速凝固铝合金主要是在粉末高比强合金、粉末耐热铝合金、粉末高强铝合金、粉末耐磨铝合金方面取得了很多成果，特别是粉末耐热铝合金的成就令人瞩目。

高强度耐蚀铝合金是指利用快速凝固技术制备的新型铝合金。

铝-铜系铸造铝合金Al-C'.u cast aluminium alloy以铜为 主要合金元素的铸造铝合金。铜的含量范围在4%一抖%。 含铜9%以上的Al-Cu系合金。具有较好的铸造性能，可用于 金属型铸造，并具有良好的抛光性能及电镀性能。但热处理 强化效果不大，力学性能较低，主要用于装饰性零件。该系合 金中其有重要应用价值的是由Al-5Cu合金基础上发展起来 的高强度铸造铝合金和热强铸造铝合金。主要有A1- Al}:u-Mn, At-Cu-Mg, AI-Cu-u1i. A1-Cu-RE等系列。 C;u-Si , A1一〔抽 系合金具有良好的切削加工性能和焊接性能。铸造性能较 井.热裂疏松4}向较大，需要合理的铸造工艺设计。