Cu-Nb复合线材退火处理的微观组织及性能研究.pdf

中文摘要 摘 要 集束拉拔工艺制备的 Cu-Nb 复合线材具有较高的强度和良好的导电性，是被 应用于强脉冲磁场中以实现 100 T 的脉冲强磁场材料。本文通过对Cu-Nb 复合线 材进行不同温度的退火处理，利用 SEM 、TEM、XRD 、纳米压痕力学性能测试 等方法来研究不同退火处理条件下复合材料的微观组织及织构演变情况，分析了 退火处理对材料力学性能和电学性能的影响，着重分析了 CuNb 纳米复合区的显 微硬度，并且通过计算估计了材料的强度。对退火处理后材料的微观组织与力学 性能和电学性能的关系进行了分析。 主要研究结果如下： ①集束拉拔工艺制备的 Cu-Nb 复合线材中的 Nb 芯丝形成了卷曲的条带状形 貌，单根Nb 芯丝的平均宽度约为 320 nm ，厚度约为20 nm ，达到了纳米尺度， Nb 芯丝在纵截面上呈纤维状结构。最内层的 Cu 基体厚度大约为 76 nm ，基体中 存在大量的位错和孪晶，这与材料经过大塑性变形，内部产生了较高的应变能和 晶格畸变有关。 ②当退火温度小于 300 oC 时，Nb 芯丝的尺寸和形貌没有发生明显的变化， o 仍然呈条带状，保持平行于拉拔方向的纤维结构。400 C 退火后，Nb 芯丝仍然保 持条带状，但是在部分芯丝的表面出现了不连续的球状凸起。当退火温度高于 500 oC 以后，Nb 芯丝边缘球化现象变得明显，并且出现Nb 条带的分裂。随着退 火温度的进一步升高，Nb 芯丝的圆柱化、球化和粗化现象变得明显。 ③温度范围从室温到900 oC ，Cu 基体主要表现为（111）面取向，Nb 相主要 表现为（110）面取向。原始态的Cu-Nb 复合材料中，Cu 基体和 Nb 相衍射峰较 为宽化，衍射峰强度较低，随着退火温度的升高，衍射峰强度逐渐增加。Cu(111) 和 Nb(110)衍射峰半高宽呈现出不同的变化趋势，随着退火温度的升高，Cu(111) 面衍射峰半高宽略微下降，而 Nb(110)衍射峰半高宽随着退火温度的升高总体呈 现先下降后上升的趋势。 ④原始状态的Cu-Nb 复合线材的Cu 基体主要形成了111取向织构，未观察 到明显的200织构，Nb 芯丝主要形成平行于拉拔方向的110织构。随着退火 温度的升高，Cu 基体的 111织构和Nb 芯丝的 110织构都出现先增强后减弱的 趋势。 ⑤经显微硬度测试，Cu-Nb 复合线材的显微硬度值随退火温度的升高表现出 单调下降的趋势。纳米压痕数据表明，不同退火温度材料的载荷-位移曲线都表现 出光滑的曲线形状，CuNb 复合区的位移总是比Cu 基体区域少。随着退火温度的 I 重庆大学硕士学位论文 升高，材料不同测试区的弹性模量出现轻微的下降，材料的屈服强度随着退火温 度的升高在逐渐减小，材料的强度不断下降而塑性不断增加。 ⑥随着退火温度的升高，Cu-Nb 复合线材的导电性不断增加。线材的导电性 主要是由 Cu 基体的导电路径连续性决定，材料的电阻率主要受到界面散射和位 错散射的影响。Cu 基体的回复再结晶和 Nb 芯丝的球化，圆柱化和长大现象会使 CuNb 界面减少，使 Cu 基体的导电路径连续性增加，减弱界面散射对电阻率的贡 献，从而导致材料的导电性显著增加。 关键词：Cu-Nb 复合线材，退火，微观组织，力学性能，电学性能 II 英文摘要 Abstract The Cu-Nb composite wires fabricated by the accumulative drawing and bundling process have high strength and high electrical conductivity, and are very attractive for