1。2。2 Cu-Cr-Zr合金性能

我们知道铜合金电导率和强度是相互矛盾的一对物理量，协调好两者之间的关系是开发和研制高强高导铜合金要解决的主要问题，目前的解决思路主要是：采用低固溶度的合金元素进行固溶强化和固溶时效处理。做到在保持铜合金高导电性的前提下，改善铜合金的性能，借以提高它的强度和可加工性能[12]。

所以进行高强高导铜合金研发的基本方式有两种：一是合金化法，铜基体中加入一定量的合金元素，通过固溶处理在铜基体中形成过饱和固溶体，过饱和固溶体在时效过程中分解，大量合金元素以沉淀相的形式从铜基体中析出并弥散分布在基体中，使铜基体发生晶格畸变或者析出强化相，再通过机械加工和热处理使铜基体的组织和结构发生了变化，从而起到强化的目的。二是复合材料法，通过铜基体中引入第二相形成铜的复合材料的途径来强化铜合金，使材料的强度和导电性达到良好的匹配[13]。

热处理工艺对铜合金的性能影响很大，Cu-Cr-Zr合金通常采用的热处理工艺就是时效处理和固溶处理。根据合金元素含量的多少，它的时效温度和固溶温度一般分别为920~1000℃和450~500℃[14]。固溶温度偏低会使得Cr，Zr在铜基体中固溶不充分，溶质含量减少，削弱最终时效强化的效果：固溶温度偏高，则会造成合金的晶粒粗大，合金元素在晶界处偏聚，产生晶界过烧现象。在一定温度范围内时效，显微硬度和抗拉强度总体上呈现出先迅速上升达到峰值后又缓慢下降趋势，温度越高达到峰值所需的时间也越短[15]。电导率主要受铜基体中含固溶元素含量多少所决定，随着时效时间的延长，基体中固溶元素含量越来越少，基体越来越纯净，导致析出速度减缓，故合金电导率呈现出先迅速增大后缓慢上升的趋势[15]。

时效前的冷变形能够显著提高合金的强化效果。一方面，冷变形会使晶体内部产生大量的晶体缺陷，造成晶格畸变和内能升高，提高了溶质原子的扩散速度，促进时效过程中析出物的形核，从而加快了第二相的析出；另一方面，大量的位错和空位将会更加有利于溶质原子的脱溶，加速了溶质原子的析出过程，使得在较短的时效时间内便发生了强化作用。随着变形量越大，第二相的析出速度就会越来越快，时效后的合金显微硬度、电导率等性能也越好。因此可以通过控制变形量和时效参数来确定Cu-Cr-Zr合金的最佳时效硬化[16]。

就Cu-Cr-Zr合金而言，加入的微量元素种类不同，对合金性能影响也不同。其中Ag、Cd、Cr、Zn等不会明显降低合金的导电性，Hf、Cr、Mg、Sn、Te等能提高合金的再结晶温度。

由于Cr，Zr元素对铜电导率影响较小，高温和室温条件下在铜基体中的溶解度差异较大，且析出过程较稳定，使Cr，Zr成为设计高强高导铜合金的理想合金元素。Zr元素的加入可促进Cr和Cu，Zr的析出，使析出相形态细小且呈弥散状分布[17]。大量研究表明，稀土元素能够改善铜及铜合金的某些性能。稀土元素在铜合金中的作用主要有净化基体、细化晶粒和去除杂质等，大大提高了合金的使用寿命。在Cu-Cr合金中加入Hf，能够使得合金借助Cr和Cu2Hf相从固溶体中析出而明显硬化。在Cu-Cr-Zr合金中加入一定的Fe可以通过减慢沉淀析出的动力学速度，来减少Cu-Cr-Zr合金合金的淬火敏感性[18]。加入一定的Ce可以明显的提高合金的耐磨性和抗腐蚀能力。在Cu-Cr合金中添加少量的Sn和Zn，由于Sn在晶界和位错上面的偏析，不仅抑制了时效过程中Cr的析出，使得Cr相更加细小，还能够钉扎位错、阻碍位错攀移运动，推迟了其回复再结晶过程，且冷轧残留的加工硬化和Cr相析出硬化相互相叠加，使得合金获得较高的硬度；少量的Zn则进一步提高了合金的室温和高温强度，同时合金的电导率下降也不多[19]。