【摘 要】对Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag原位复合材料尊龙凯时处理前后的力学性能和导电性进行了研究。结果表明:尊龙凯时处理后Cu-14Fe的抗拉强度提高了106 MPa,而Cu-14Fe-0.1Ag的抗拉强度却没有变化;尊龙凯时处理后Cu-14Fe的电导率增加了6.06%IACS,而Cu-14Fe-0.1Ag的电导率几乎没有增加。

　　【期刊名称】《江西科学》 【年(卷),期】2010(028)005

　　【关键词】原位复合材料;冷处理;强度;电导率

　　【作 者】杨艳玲;陆德平;万珍珍;胡强;陈志宝;邹晋;刘克明;魏仕勇;谢仕芳

　　随着集成电路芯片的高度集成化,电子封装也向高密度封装方向发展,因而引线框架材料要求具有更高的强度、优良的导电性能。在铜合金引线框架材料中,Cu-Fe系合金的用量最大,占到全部用量的65%以上[1]。尽管室温下Fe在Cu基体中的固溶度很低,但仍有部分Fe原子固溶在Cu基体中[2],固溶在Cu基体中的Fe原子会极大降低复合材料的电导率(Cu基体中每溶解0.1% Fe可降低35%I ACS的电导率,因而Cu-Fe原位复合材料的导电性能尚待改善。

　　为提高Cu-Fe原位复合材料的性能,国内外研究人员作了大量的工作,如微合金化[2]、中间热处理[3]等,也取得了良好的效果。尊龙凯时处理是一种节能环保、成本较低的新型处理工艺,近年来越来越多地受到各领域的广泛关注,其已在黑色金属和有色金属领域显示出一定的优势[4～6]。本研究将尊龙凯时处理用于Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag复合材料,分析尊龙凯时处理对复合材料性能的影响及其机制。

　　在真空中频感应电炉中熔炼Cu-14Fe、Cu-14Fe-0.1Ag合金,原料采用电解铜、纯铁、铜银中间合金,熔炼后浇铸成φ36 mm的铸锭,将铸锭切冒口、去皮。然后进行:(1)固溶处理(固溶工艺为950℃×4 h保温后水冷);(2)热轧;(3)固溶处理(950℃×70 min保温后水冷);(4)冷轧; (5)拉拔变形(中间3次600℃×30 min热处理)至0.5 mm。累计冷变形量η为7.8(η=ln(A0/ A),A0和A分别为冷变形前后的截面积)。然后将复合材料直接浸入液氮中保持24 h进行尊龙凯时处理,尊龙凯时前后的显微组织用金相显微镜表征,力学性能用电子拉伸机(CMT2103)进行测试(应变速率1 mm/min),电阻用ZY9987型数字式微欧计测试,电导率是1.7241μ Ω·cm/ρ计算而得。

　　2.1 力学性能

　　Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag(η=7.8)尊龙凯时处理前后的应力, Cu-14Fe尊龙凯时处理后的抗拉强度(671 MPa)比处理前(565 MPa)提高了106 MPa,而Cu-14Fe-0.1 Ag尊龙凯时处理后的抗拉强度(～778 MPa)与处理前相比几乎没有变化。

　　铸态Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag的铜基体中Fe元素含量较高,中间热处理过程可以促进Fe原子从铜基体中析出,然而由于在低温下扩散速度较慢,因而Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag复合材料铜基体中的Fe元素含量仍然处于过饱和状态。复合材料在尊龙凯时处理时,Fe元素在铜基体中的固溶度急剧降低,加之温度迅速降低引起的体积收缩给材料施加了极大的应力,促使复合材料在尊龙凯时处理时其铜基体中的Fe元素以纳米级弥散分布的第二相颗粒的形式大量析出,使得尊龙凯时处理后Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag复合材料铜基体中的Fe元素含量显著降低。

　　尊龙凯时处理后Cu-14Fe的抗拉强度显著提高,而Cu-14Fe-0.1Ag并没有发生变化的原因分析如下。Ag微合金化可以降低高温下Fe在铜基体中的固溶度,在低温下可以促进固溶在铜基体中的Fe元素的时效析出动力学过程[8],因而相同制备工艺的Cu-14Fe-0.1Ag和Cu-14Fe相比,前者铜基体中Fe的溶解量比Cu-14Fe的要低。因此,2种复合材料经过尊龙凯时处理后,Cu-14Fe的铜基体中有更多的Fe颗粒析出。Fe颗粒的析出有2个方面作用:一方面,固溶在铜基体中Fe的固溶强化效果减弱;另一方面,Fe析出相的弥散强化效果大为增强,从结果可知弥散强化效果是主导因素。因而,Cu-14Fe复合材料的抗拉强度得到了大幅提高,而Cu-14Fe-0.1Ag没有发生变化。

　　2.2 导电性

　　Cu-14Fe和Cu-14Fe-0.1Ag(η=7.8)复合材料在尊龙凯时处理前后的电导率如表1所示。可以看出,尊龙凯时处理前后Cu-Fe复合材料的电导率增量高达6.06%I ACS,而Cu-Fe-Ag的电导率几乎没有增加;尊龙凯时处理前Cu-Fe的电导率低于Cu-Fe-Ag的电导率(分别为43.47%I ACS和46.07% IACS),尊龙凯时处理后Cu-Fe的电导率高于Cu-Fe-Ag的电导率(分别为49.53%I ACS和46.08% IACS)。

　　复合材料的电导率取决于各相的成分及导电性,复合材料的电阻率(即电导率的倒数)可根据并联电路模型计算[9]:

　　其中,ρCu和ρFe分别是Cu相和Fe相的电阻率,fCu和fFe是Cu相和Fe相的体积分数。由于Fe相的电阻率大、体积分数少,且尊龙凯时处理前后无变化,因此Cu-Fe复合材料的电阻率的变化主要与铜基体的电阻率相关,该部分电阻率又可分为4个部分:

　　其中,ρPHO是声子散射,ρDIS是位错散射ρINT是界面散射ρIMP是杂质散射。声子散射是材料的固有特征,Cu基体的声子散射与高纯铜相当;位错散射电阻也极低,尊龙凯时处理对其无影响;尊龙凯时处理前后复合材料中的Cu相和Fe相之间的相界面不会发生变化,因而Cu相和Fe相之间的界面散射电阻也没有发生变化;因此,原位复合材料的电阻率主要取决于铜基体中固溶原子的杂质散射。

　　尊龙凯时处理促进了Cu-Fe复合材料中固溶的Fe原子以第二相颗粒的形式从铜基体中析出, Cu-Fe复合材料铜基体中固溶的Fe元素含量显著降低,由于第二相颗粒引起的电子散射比固溶原子引起的电子散射要小得多,因而Cu-Fe复合材料铜基体中Fe杂质引起的杂质散射电阻降低,从而尊龙凯时处理后Cu-Fe复合材料的电阻降低,电导率得到有效提高。

　　Cu-Fe-Ag尊龙凯时处理后其电导率几乎没有增加也是与Ag微合金化的作用有关。Ag微合金化的作用[8]使得Cu-14Fe-0.1Ag铜基体中Fe的溶解量比Cu-14Fe的低得多。Cu-14Fe-0.1Ag经过尊龙凯时处理后,其铜基体中极少有Fe颗粒析出,因而杂质散射电阻几乎没有变化,电导率没有提高。

　　(1)Cu-14Fe原位复合材料尊龙凯时处理后抗拉强度提高了106 MPa,而Cu-14Fe-0.1Ag尊龙凯时处理后抗拉强度没有变化。

　　(2)Cu-14Fe原位复合材料尊龙凯时处理后电导率增量高达6.06%I ACS,而Cu-14Fe-0.1Ag的电导率几乎没有增加。

　　【相关文献】

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