变形Cu-Ni-Si合金在等时退火中缺陷演变的正电子研究

【作者】 祁宁； 陈志权；

【机构】 核固体物理湖北省重点实验室； 武汉大学物理科学与技术学院；

【摘要】 铜合金由于有较高的强度和电导率,被广泛应用于集成电路(IC)的引线框架材料等多种电子领域。Cu-Ni-Si合金因其超高的强度和较高的电导率引起了更多的关注。作为析出硬化合金的一种,在时效过程中Cu-Ni-Si合金的内部析出纳米颗粒使其强度增高。[1-4]已有多篇文献报道,在时效前对铜合金作预形变处理,可以缩短到达峰时效的时间,迅速到达硬度最大值,并将之归功于形变所产生的缺陷。形变时会形成大量位错和空位,它们会加速纳米级析出物的形成。[4,5]因此,研究形变致缺陷的细节特别是它们的热演变尤为重要,将有助于理解铜合金的硬化过程。本文利用正电子湮没谱学研究了纯铜和Cu-Ni-Si合金中不同温度下等时退火对形变缺陷的影响。对于冷轧纯铜,随着退火温度的升高直至900℃,正电子平均寿命和多普勒展宽S参数均持续下降,暗示着形变致缺陷如位错、单空位和空位团在逐渐回复。然而对于冷轧淬火的Cu-Ni-Si合金,正电子平均寿命和S参数随退火温度的变化显示了不同于冷轧纯铜的行为。在退火温度低于300℃时正电子平均寿命和S参数显示出轻微的下降,而在300℃到500℃间两者的下降十分迅速,这表明部分缺陷已回复;在500℃以上正电子平均寿命和S参数开始增加,说明有额外的缺陷形成。对上述两种样品还测量了硬度随退火温度的变化,也出现了不同的变化行为。对于冷轧纯铜,硬度值随着退火温度的升高单调减少,表明冷轧纯铜的硬度主要和形变缺陷,尤其是位错相关联。对于Cu-Ni-Si合金,其硬度在500℃退火后达到最大值,这与缺陷回复过程相反,因此可以推断Cu-Ni-Si合金的硬化不是归功于缺陷,而主要归于退火时析出物的形成;在500℃以上退火会导致过时效,析出物尺寸进一步增大,与基体晶格失去共格关系,从而导致正电子被非共格区域的空位团所捕获。更多还原