Cu-Ni-Si-Mg合金的时效特性

　　Cu-Ni-Si-Mg系列合金价格低廉，具有较高的强度、较好的导电性和导热性，加工性能和耐蚀性优良，满足引线框架材料性能指标为电导率>80%IACS，抗拉强度>600MPa[1]的使用条件，因此它在集成电路引线框架材料中应用广泛。而通过合金化和时效热处理均能在较大范围内控制其性能，拓展其领域，更好地满足其使用要求[2-3]。该合金经过时效处理后弥散析出Ni2Si等强化相，强化相的析出将改善基体的性能。而时效温度和时间及预处理的不同直接影响着强化相的析出数量。因此，研究时效工艺对合金的电导率和硬度的影响[4-5]具有重要意义。

　　本文研究Cu-2.4Ni-0.57Si-0.1Mg合金经4种不同工艺时效处理后电导率与硬度配合的最佳方案，以期指导生产实际和对该合金进一步的研究提供参考。

　　1 试验材料与方法

　　试验用Cu-2.4Ni-0.57Si-0.1Mg合金，在感应熔炼炉中熔炼，主要化学成分(质量分数，%) 为: 2.4Ni、0.57Si、0.1Mg，余量铜。合金在1350℃左右进行熔炼，采取Cu包Mg加入的形式。将浇注后的合金铸锭分别热轧和冷轧成4mm厚长方体板材。固溶处理在管式电阻炉中进行，加热到900℃保温4h后将过饱和合金板材通过水淬快冷，最后时效。时效热处理在SX-2.5-10型箱式电阻炉中进行，对合金采取500、450℃ 时效不同时间: 20min、30min、40min、1h、2h、4h、8h、10h、20h。显微硬度测试在国产HV1000型数显显微硬度计上进行，载荷为25g，每个试样测量不少于4次，测量误差±5%，采用DX-2700X型X射线衍射仪对合金的物相进行分析。

　　4 种工艺如下: ① 900℃固溶后500℃时效; ② 冷轧并900℃固溶后500℃时效; ③ 热轧并900℃固溶后500℃时效; ④ 热轧并900℃固溶后450℃时效。

　　2 试验结果与讨论

　　2.1 电导率

　　图1(a)为4种工艺条件下Cu-2.4Ni-0.57Si-0.1Mg合金的电导率随时效时间的变化曲线。可以看出: 随着时效时间的增加合金的电导率总体上呈现上升的趋势; 前期电导率的增长速度极快，之后逐渐减缓。热轧后450℃时效处理的合金曲线最高，表明该处理状态对电导率的贡献最大; 其次是冷轧后500℃时效，然后是热轧后500℃时效，最后是固溶后500℃时效。电导率上升的原因是Ni2Si相的析出使得点阵畸变逐渐恢复，同时缺陷的逐渐减少使得对电子的阻碍也相应减弱。前期上升快，后期上升慢归结于Ni2Si相在前期析出快，而在后期析出慢。

　　2.2 硬度

　　图1(b)为4种工艺条件下Cu-2.4Ni-0.57Si-0.1Mg合金的显微硬度随时效时间的变化曲线。可以看出: 随着时效时间的增加合金的硬度骤然上升到最高值后逐渐下降最后趋于平缓。冷轧后500℃时效处理的合金曲线变化最剧烈，表明该处理方式对硬度的影响最敏感。其次是热轧后500℃时效，然后是热轧后450℃时效，最后是固溶后500℃时效。冷轧后500℃时效处理能达到最高的显微硬度值293HV0.025。显微硬度的变化不仅与Ni2Si相的析出和溶解的相对快慢与数量有关，还与缺陷有关: 当位错在基体中运动遇到Ni2Si析出相时不能以切过机制通过，而是留下位错环，随着变形量的增加，位错环的积累逐渐增加，形成高位错密度区，故硬度呈现上升趋势; 当合金时效温度升高与时间增加时，发生了过时效现象，析出相逐渐长大，失去共格效应，同时析出物相变附加的再结晶动力逐渐消失，Ni2Si又逐渐溶解到基体当中，析出相颗粒对晶界的钉扎作用与再结晶过程被抑制，而且位错等缺陷也逐渐减少，所以合金硬度下降趋于平缓。