姜　婷，李銀娥，鄭　晶，王　軼

(西北有色金屬研究院，陜西　西安　710016)

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AuCuAg電接觸材料硬度研究

姜婷，李銀娥，鄭晶，王軼

(西北有色金屬研究院，陜西西安710016)

采用氬氣保護(hù)高頻感應(yīng)熔煉制備電接觸材料AuCuAg合金，對(duì)不同加工率、熱處理工藝下的合金硬度和XRD圖譜進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明：隨著加工率的增加，AuCuAg合金的硬度提高；700 ℃處理合金硬度降低，300 ℃處理使合金由無(wú)序的Au基固溶相轉(zhuǎn)化為有序的AuCu和Au3Cu相，有序轉(zhuǎn)變達(dá)到短程有序，硬度明顯增加；加工硬化、有序化強(qiáng)化、調(diào)幅分解強(qiáng)化是AuCuAg合金主要的強(qiáng)化方式。

AuCuAg；硬度；強(qiáng)化機(jī)理

貴金屬材料具有高可靠、高精度、耐腐蝕、良好的延展性和可塑性，成為航空、航海、航天領(lǐng)域必不可少的電子器件材料，廣泛應(yīng)用于火箭的點(diǎn)火引爆裝置，衛(wèi)星、導(dǎo)彈等儀器儀表中進(jìn)行參數(shù)的檢測(cè)、傳導(dǎo)，信息指令的傳輸。貴金屬元素的原子結(jié)構(gòu)中具有很強(qiáng)的原子鍵和最大的堆積密度，決定了它們具有特殊的物理、化學(xué)和力學(xué)性能。貴金屬接觸材料的研究進(jìn)展對(duì)我國(guó)武器裝備的更新?lián)Q代顯得尤為重要。貴金屬電接觸材料主要用于高精度、高可靠性的電刷，繞組，導(dǎo)電環(huán)、換向片或整流片，接插件。

貴金屬電接觸材料主要分為銀基電接觸材料，金基電接觸材料，鉑基電接觸材料，鈀基電接觸材料等。金基電接觸材料以化學(xué)穩(wěn)定性極好，低而穩(wěn)定的接觸電阻，良好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和抗有機(jī)氣氛污染能力，主要應(yīng)用于低接觸壓力和小負(fù)載下的精密電接點(diǎn)材料或滑動(dòng)電接觸材料。其中最具代表性的為AuAgCu、AuCuPt、AuCuNi等系列合金，包括AuAgCu30-20、AuAgCu30-5、AuCuPtAg、AuCuPtAgZn、AuCuNiZn等[1～4]。提高金基電接觸材料的合金硬度能夠提高耐磨性能，增加使用壽命。

本文主要對(duì)不同加工率和熱處理工藝對(duì)AuCuAg合金的硬度進(jìn)行研究，并分析探討其強(qiáng)化機(jī)理。

1　實(shí)　驗(yàn)

本文選取AuCuAg合金為研究對(duì)象。所用原料均為純度大于99.5%的Au、Ag、Cu。通過氬氣保護(hù)高頻感應(yīng)熔煉工藝完成合金熔煉，對(duì)鑄態(tài)合金均勻化處理后分別進(jìn)行加工率50%和75%的冷加工；隨后對(duì)加工率75%的合金分別進(jìn)行700 ℃/30 min、300 ℃/1 h和300 ℃/2 h熱處理。

在HV-120型顯微維氏硬度機(jī)上進(jìn)行硬度測(cè)試。本實(shí)驗(yàn)采用加載負(fù)荷為200 gf，加載時(shí)間為30 s。為確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性對(duì)每個(gè)試樣取三個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，取其平均值作為合金的硬度。

本實(shí)驗(yàn)采用D8 ADVANCE X射線衍射儀對(duì)不同熱處理合金進(jìn)行物相分析。采用步進(jìn)掃描方式進(jìn)行X射線衍射，實(shí)驗(yàn)條件：Cu-Kα射線，管電壓40 kV，管電流200 mA，步長(zhǎng)0.02°，PDF卡片數(shù)據(jù)庫(kù)為：PDF2-2010。

2　結(jié)　果

2.1不同加工率下AuCuAg合金的硬度

AuCuAg合金不同加工率下的硬度見表1。從表1中可知，加工率達(dá)到50%時(shí)硬度平均值為234 HV0.2/30；加工率達(dá)到 75%時(shí)硬度平均值為254 HV0.2/30。

表1　不同加工率AuCuAg合金的硬度

2.2不同熱處理AuCuAg合金的硬度

不同熱處理的AuCuAg合金的硬度見表2。從表2中可知，700 ℃/30 min熱處理后，合金硬度明顯下降；300 ℃/1 h熱處理后合金硬度變化不明顯；300 ℃/2 h熱處理后合金硬度得到提高。

表2　不同熱處理的AuCuAg合金的硬度

2.3不同熱處理AuCuAg合金的XRD

不同熱處理AuCuAg合金的XRD圖譜見圖1。從圖1中可知，700 ℃/30 min熱處理后合金的為單相的面心立方固溶體α0相； 300 ℃/1 h熱處理后，合金為固溶體α0相、少量Au3Cu和AuCu有序相；300 ℃/1 h熱處理后，單相固溶體α0相基本消失，合金相組成為Au3Cu和AuCu有序相。

圖1　不同熱處理AuCuAg合金的XRD圖譜

3　分析討論

從Au-Cu、Au-Ag、Ag-Cu合金的相圖中可知[5]：Au-Cu合金中存在有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變和多相共存的現(xiàn)象。Au和Ag在液、固態(tài)下均能夠無(wú)限互溶，固-液相線溫度區(qū)間很窄。Ag和Cu固溶區(qū)成分分布很窄，但固溶體范圍較寬，Ag-Cu合金屬于典型的共晶型合金。研究表明[6]：金基合金主要的強(qiáng)化機(jī)理有固溶強(qiáng)化、彌散強(qiáng)化、加工硬化、有序強(qiáng)化、調(diào)幅分解強(qiáng)化等。

3.1加工硬化強(qiáng)化

從表1可知，隨著加工率的增加，AuCuAg合金的硬度值在提高，這是因?yàn)樵谒苄宰冃芜^程中發(fā)生了位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，晶粒滑移，位錯(cuò)不斷增殖，出現(xiàn)纏結(jié)，并阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，形成位錯(cuò)塞積，滑移面和其附近的晶格發(fā)生扭曲，使晶粒變形拉長(zhǎng)、破碎和纖維化，合金內(nèi)部產(chǎn)生大量的殘余應(yīng)力，從而導(dǎo)致硬度增加。合金的加工率越大，位錯(cuò)密度、位錯(cuò)纏結(jié)、殘余應(yīng)力隨之增強(qiáng)，硬度值提高。

3.2有序化強(qiáng)化

結(jié)合表2和圖1可知，700 ℃/30 min熱處理后合金的硬度值沒有增加反而降低，是因?yàn)?00 ℃熱處理溫度超過了合金的再結(jié)晶溫度，消除了AuCuAg合金塑性變形過程中所產(chǎn)生的應(yīng)力，合金組織發(fā)生了回復(fù)再結(jié)晶甚至晶粒長(zhǎng)大，形成金基固溶相α0，合金硬度降低。北京有研億金[7]利用X射線衍射儀(XRD)發(fā)現(xiàn)AuCu合金再結(jié)晶組織為金基固溶相。由此可知AuCuAg合金的再結(jié)晶組織表現(xiàn)為富銀和富銅的無(wú)序相α0，在300 ℃下隨著時(shí)間延長(zhǎng)合金硬度值明顯增加，這是因?yàn)楹辖鹬虚_始出現(xiàn)了Au3Cu亞穩(wěn)定相、AuCu穩(wěn)定相等有序相多相共存現(xiàn)象[8]，在300 ℃熱處理時(shí)合金中Au基固溶體相向亞穩(wěn)定相Au3Cu和穩(wěn)定相AuCu有序相的轉(zhuǎn)變加速，伴隨Au3Cu和AuCu有序相含量的不斷增加，等軸晶尺寸不斷減小，同時(shí)Au3Cu有序相向穩(wěn)定相AuCu相轉(zhuǎn)變，在1 h處理后有序轉(zhuǎn)變不完全硬度增加不明顯，有序相增多，表現(xiàn)為有序化強(qiáng)化。在2 h處理后合金相最終形成有序相AuCu和Au3Cu，有序轉(zhuǎn)變進(jìn)行完全，合金硬度值明顯增加。

3.3調(diào)幅分解強(qiáng)化

700 ℃/30 min熱處理后合金中的溶質(zhì)原子Cu、Ag在Au基體中重新分布或固溶，在它們這兩相的晶體結(jié)構(gòu)相同，都屬于面心立方結(jié)構(gòu)，它們的形成過程中溶質(zhì)原子擴(kuò)散并重新分配，這個(gè)過程也稱調(diào)幅分解過程，是按擴(kuò)散偏聚機(jī)構(gòu)調(diào)整，分解產(chǎn)物只有溶質(zhì)的富區(qū)和貧區(qū)，但二者之間卻沒有清晰界面，在調(diào)幅分解的過程中，新相與母相總是保持著完全共格的關(guān)系[9]。在300 ℃處理過程中不僅存在相轉(zhuǎn)變，同時(shí)存在原子的快速擴(kuò)散和重新分配，因此，在AuCuAg合金強(qiáng)化中調(diào)幅分解強(qiáng)化作用明顯。

結(jié)合相關(guān)資料分析有序強(qiáng)化和調(diào)幅分解強(qiáng)化顯示出其重要作用。這與前輩的研究[10-11]“AuCuAg合金中因Ag元素的加入其有序強(qiáng)化過程中同時(shí)存在相轉(zhuǎn)變和固溶原子的調(diào)幅分解強(qiáng)化相”基本一致。

4　結(jié)　論

(1) 隨著加工率的增加，AuCuAg合金的硬度提高。

(2) AuCuAg合金的硬度700 ℃處理合金硬度降低，300 ℃處理使合金由無(wú)序的Au基固溶相轉(zhuǎn)化為有序的AuCu和Au3Cu相，使合金達(dá)到短程有序，硬度明顯增加。

(3) 加工硬化、有序強(qiáng)化、調(diào)幅分解強(qiáng)化是AuCuAg合金主要的強(qiáng)化方式。

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Study on Hardness of AuCuAg Electrical Contact Material

JIANG Ting, LI Yin-e, ZHENG Jing, WANG Yi

(Northwest Institute for Non-ferrous Metal Research, Shaanxi Xi’an 710016, China)

AuCuAg alloies of electrical contact material were prepared by induction melting under Ar gas. Harnesses and XRD patterns were researched at different conditions. The results showed that with the increasing of the processing rate, the hardness of AuCuAg alloy was increased. Hardness was reduced after treated at 700 ℃, but it was markedly increased after treated at 300 ℃ because ordered AuCu and Au3Cu were changed by disordered gold-base solid solution. Processing hardening, order-hardening and amplitude modulated decomposition were the main strengthening methods of AuCuAg alloy.

AuCuAg; hardness; strengthening mechanism

姜婷(1982-)，女，高級(jí)工程師，主要從事金屬材料研究。

TG146.3

B

1001-9677(2016)016-0101-03