Cu-0.1%Ag合金的晶粒显示和分析

闫 洪，曹瑞珂

（昆明冶金研究院有限公司，云南 昆明650031）

1 引言

铜银合金的晶粒组织对材料性能具有决定性的影响，晶粒是判断材料加工工艺正确性的重要指标。Cu-Ag合金的晶粒组织决定着线材的显微组织，制备晶粒细小和均匀分布的显微组织是获得合金高强度高导电性的关键［1］，Cu-Ag合金具有定向排列的连续柱状晶，其伸长率远高于连续铸造的具有多晶组织的普通Cu线材，有效提高拉拔丝的性能，降低断线率［2］。因此，晶粒组织的分析极其重要。对于铜银合金晶粒度的显示，经常因合金中含有银以及浸蚀剂的原因，晶粒很难显示出来，这就给晶粒组织的观察带来一定困难。对此，本文以Cu-0.1%Ag合金为研究对象，找出能清晰显示合金晶粒组织的有效试剂，并分析了Cu-Ag合金晶粒的存在形式及对合金性能的影响，为新型高强导电性铜合金提供试验数据，以实现Cu-Ag合金的工业化生产。

2 试验方法

在我国铜加工业发展的今天，铜银显示出优良的性能，成为集成电路、高速列车和强磁场线圈等方面的优选材料［3～5］。而纯铜在强度方面的不足，使其在应用中受到限制，如何在具有高导电性的基础上有效的提高性能是铜合金的发展方向。在铜基体中加入银元素，能够在不降低导电性的情况下，获得较高的强度和耐软化性能，以满足高性能材料的要求。通过显微组织中晶粒变形的作用，使合金表现出应变兼容性和结构协调性，有效形成强化效果较好的微观组织，从而实现强度和导电性的完美结合。

实验采用Cu-0.1%Ag合金进行金相组织分析，先依次用180#、240#、400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#砂纸研磨后，采用三氧化二铬水溶液进行抛光，然后用自来水和无水乙醇清洗试样，吹风机吹干。对于Cu-0.1%Ag合金，选用由2g硝酸铁和50ml无水乙醇的混合液组成的浸蚀剂进行试验，将试样用粘有浸蚀剂的棉签擦试抛光面4～6min，直到抛光面由光亮变暗，再用自来水和无水乙醇清洗试样，吹风机吹干后，在Axioimager A2m型研究级智能数字材料显微镜下观察，合金的晶界清晰和晶粒完整。

3 试验结果与讨论

本实验所用的Cu Ag合金中的Ag含量为0.1%,根据Cu-Ag合金相图,该合金为单相Cu固溶体［6］，图1为Cu-0.1%Ag合金杆的横向金相组织,从图中可以看出,Cu-0.1%Ag合金的晶粒为等轴晶,并伴有少量的孪晶存在。孪晶的形成改变了晶体位向,降低了滑移系开动的难度，间接提高合金的塑性变形能力［7］。

图1 Cu-0.1%Ag合金杆的横向金相组织500×

Cu-0.1%Ag合金杆的纵向金相组织见图2，可以观察到，显微组织为粗大的柱状晶，其晶界十分明显，微观组织中有明显的塑性变形。在挤压过程中，晶粒具有择优取向，并呈多晶组织。这种纵向柱状晶组织能减小横向晶界，避免拉拔过程引起的晶间断裂，提高合金的伸长率［8］。

图2 Cu-0.1%Ag合金杆的纵向金相组织100×

从图3可以看到，在反复弯曲之后，Cu-0.1%Ag合金接触线存在大量而细小的晶粒，还有加工产生的位错，有明显回复再结晶的组织特征。经过大变形之后，形成了许多细小的等轴晶。这是由于在剪切力的作用下，粗大的晶粒发生了破碎，出现部分更加细小的晶粒组织，从而实现组织的超细化。与未加工变形的粗大晶粒的合金相比，变形后的合金所获得的超细晶粒使其具有更高的抗拉强度［9］。

图3 Cu-0.1%Ag合金接触线反复弯曲之后的显微组织500×

图4 为Cu-0.1%Ag合金杆扭转变形后的显微组织，塑性变形导致了Cu相宽度进一步减小，发展成为细小的纤维组织。随着变形量的增大，合金的抗拉强度和硬度也随之增大，而伸长率也随变形量的增大而减少，这主要是由于经过扭转变形之后，合金中的位错密度增多，提高了合金的强度和硬度。由于塑性变形，合金的纤维化得到加强，而晶粒的塑性滑移不容易发生，表现为合金有更高的抗拉强度［10］。

图4 Cu-0.1%Ag合金杆扭转变形的显微组织500×

图5 为Cu-0.1%Ag合金杆横截面的显微组织，整个截面上的Cu细小致密，晶粒得到不同程度的细化，晶粒的细化导致了晶界密度增大，部分变形的晶粒转变为新晶粒，晶界数量的增多使合金电阻率增大［11］。在金属塑性变形时，Cu/Ag界面对电子的散射作用不断增强，因此，随着形变量的增加，合金的电阻率升高，导电率下降。

图6 为Cu-0.1%Ag合金杆扭转的纵向微观组织，可以观察到晶粒沿变形方向上被拉长，晶粒出现的不均匀性主要是由于合金内部晶粒的位向不同，各晶粒的大小和方向也不相同。强烈的塑性变形使凝固的晶粒被扭转成具有明显的方向性。经过扭转变形处理后，其抗拉强度有较大提高，同时保持很好的韧性。这主要是由于晶粒在轴向上被拉长，表现出各向异性，使合金的抗拉强度得到明显改善［12］。

图7 的Cu-0.1%Ag合金杆的显微组织为混晶组织,晶粒大小不一,差别较大。由于组织的不均匀性,在单相的Cu基体上析出了颗粒状的Ag粒子，这些细小颗粒状的析出相Ag阻碍位错运动，使位错滑移所需的切应力大大增加，从而提高合金的强度［13］。

图7 Cu-0.1%Ag合金杆晶粒的不均匀性 500×

4 结论

（1）由2g硝酸铁和50mL无水乙醇的混合液组成的浸蚀剂，适用于Cu-0.1%Ag合金晶粒的显示，显微组织的晶界清晰和晶粒完整。

（2）经过显微镜观察，Cu-0.1%Ag合金的晶粒组织主要由单相Cu固溶体组成，并出现了等轴晶、孪晶、柱状晶和纤维组织，这与晶粒的性能密切相关。