cunb复合线材微观组织演变及力学和电学性能的分析word格式论文.docx

摘要本文选用原位拉拔和集束拉拔两种不同工艺制备的 Cu-Nb 复合材料，利用 ECC，EBSD，TEM 及 XRD 等多种表征手段系统地研究了两种线材的微观组织、 力学和电学性能的演变，包括形变对微观组织、力学、电学性能的影响，不同温 度下的退火处理对热稳定性的影响及外加磁场对电学性能的影响。着重分析了拉 拔过程尺度效应及界面效应对线材力学和电学性能的影响，提出新的微观组织尺 度参数（d+at 和 Sv），建立了强度与显微组织尺寸的定量联系，揭示了界面和尺 寸效应是线材拉拔形变过程的高强高导性能的关键因素，强调了界面的强化作用。本论文主要研究结果如下：① 在拉拔形变过程中，Nb 相最终形成卷曲状形貌，这种现象与 Nb 本身立方 晶体（BCC）结构特征及 Cu-Nb 异相界面的存在相关。② 拉拔线材内主要形成了平行于拉拔方向的111Cu//110Nb 的丝织构取向 关系。随着拉拔应变量的增大，111Cu 和110Nb 丝织构强度总体呈现增大趋势， 但是到大应变量时，Cu 基体内由于发生了动态回复再结晶，111Cu 丝织构强度 略有减小。Cu 基体织构在径向上分布不均匀，从边缘区域到中心区域，111丝 织构强度逐渐增强，100丝织构逐渐减弱。但是这种取向的不均匀性对复合材料 的显微硬度（强度）的影响不大。③ 界面密度是影响复合线材导电性及力学性能的关键因素。它通过 Nb 相形 貌的改变影响线材性能：在拉拔应变量较小时，Nb 相未发生卷曲，界面密度较低， 此时显微硬度值较小，导电性较好；而当拉拔应变量较高时，Nb 相发生了卷曲并 导致了界面密度的急剧增大，进而提高线材强度，降低其导电性能。④ 集束拉拔过程中在线材中心添加纯 Cu，能够改善强度（硬度）和导电性的 匹配，获得较高强度和导电性的线材。这对实际生产具有重要指导意义，为线材 的强磁场应用提供了有益参考。⑤ Cu-Nb 复合线材尺度及界面效应导致传统的 Hall-Petch 关系式不能完全解 释复合线材的强化。本文提出了界面密度估算数学模型，引入综合性显微结构尺 度参数（d+at 和 Sv）作为主要自变量，对传统 Hall-Petch 公式进行分析阐述，建 立起材料强度（硬度）与显微结构间的定量联系。分析认为影响 Cu-Nb 复合线材 强度的主要因素有界面强化，固溶强化及宏观 Cu-Nb 复合材料的加工硬化。⑥ 外加磁场对室温下 Cu-Nb 复合线材的电阻无明显影响。而在 77K 下，外 加磁场对线材电阻的影响较为显著，即，能观察到显著的磁电阻效应。 随着磁场强度的增大，磁电阻效应增强。当线材显微尺寸达到纳米尺度时，尺度效应导致负磁电阻效应的产生。⑦ 当材料显微尺寸达到纳米尺度范围时，在一定温度范围内，由于尺寸及界 面效应，纳米尺度的 Cu 基体的回复再结晶被抑制，线材表现出良好的热稳定性。 在更高温度下，Cu 基体发生大范围的回复再结晶，Nb 相发生扩散促进热蚀沟形成 并深化，Nb 相内发生晶界分裂、纤维球化，形成短棒状或球体。整个退火过程， 按照退火温度范围不同可以将线材显微组织及性能的演变分为三个阶段：1）低温： 部分微米和亚微米尺度的 Cu 基体发生回复再结晶，显微硬度和电阻略微下降；2） 中温：微米和亚微米尺度的 Cu 基体发生再结晶、长大；纳米尺度的 Cu 基体发生 回复再结晶，显微硬度和电阻减小较为明显；3）高温：纳米尺度 Cu 基体长大， Nb 相发生回复再结晶和长大，显微硬度和电阻显著下降。⑧ 相对于传统拉拔工艺，集束拉拔能够获得微观组织更细小、分布更均匀的 复合线材。此外，由于界面效应和尺度效应，集束拉拔线材具有更好的强度和导 电性的匹配。关键词：Cu-Nb 复合线材，EBSD，TEM，强化，界面密度ABSTRACTCu-Nb composite wires fabricated by accumulative drawing and bundling (ADB), and tranditional drawing process have been studied by means of electron channel contract (ECC), electron back-scattered diffraction (EBSD), transmission electron microscope (TEM) and X-ray diffraction (XRD). The microstructure, mechanical and electrical properties of the wires at different drawing strains and annealed temperatures have been chara