新型多尺度异质结构设计协同提升Cu-1Cr-0.1Zr合金强度、塑性与导电性

为解决铜合金强度-塑性-导电性难以协同提升的行业难题，研究人员通过固溶处理(SS)、等通道转角挤压(ECAP)及退火工艺构建多尺度异质结构，使Cu-1Cr-0.1Zr合金获得647 MPa抗拉强度、15.9%延伸率及72.6% IACS导电率的综合性能突破，为高性能铜合金设计提供新范式。

　　

在5G通信和航空航天领域，铜合金面临"强度越高、导电性越差"的魔咒。传统强化手段如固溶强化会引入晶格畸变，严重阻碍电子传输；而剧烈塑性变形(SPD)虽能提高强度，却以牺牲塑性为代价。这种"跷跷板效应"长期制约着高端铜合金的应用。

江苏某高校联合俄罗斯学者Igor V. Alexandrov团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，创新性地将ECAP与分级热处理结合，在Cu-1Cr-0.1Zr合金中构建出包含微米晶(MC)、亚微米晶(SC)、纳米晶(NC)、纳米孪晶(NT)和纳米析出相(NP)的多尺度异质结构。这种结构通过硬相（纳米晶区）与软相（再结晶区）的协同变形，触发显著Bauschinger效应和异质变形诱导(HDI)应力，同时优化晶界构型降低电子散射。

关键技术包括：8道次ECAP（φ=110°）室温变形，配合475℃×60 min时效处理(AT)和优化退火工艺；采用EBSD（电子背散射衍射）和TEM表征微观组织；通过室温拉伸测试和IACS标准评估性能。

【Microstructure】
EBSD分析显示，ECAP后合金形成厚度<100 nm的层状纳米晶，退火后呈现双峰晶粒分布（1-3 μm再结晶晶粒与<500 nm未再结晶区域共存）。TEM观察到高密度Cr纳米析出相（5-20 nm）优先分布于位错缠结区，这种多尺度组织为性能协同提升奠定基础。

【Conclusion】
该异质结构使合金产生高达647 MPa的拉伸强度（源于HDI应力和析出强化），同时保持15.9%延伸率（归因于软相协调变形释放应力集中）。72.6% IACS的高导电性则得益于：①纳米析出相净化基体减少溶质散射；②再结晶减少晶界密度；③位错重组降低缺陷密度。相比传统SPD工艺，该方法强度提升12%，导电率提高7.3个百分点。

这项研究突破性地证明，通过精准调控多尺度异质结构，可实现铜合金"强度-塑性-导电性"三重突破。其创新点在于：首次在铜合金中利用ECAP诱导的梯度组织与纳米析出相协同作用，为开发航天导线、高速连接器等关键部件提供新材料解决方案。研究提出的"缺陷工程"策略（即通过变形-热处理调控缺陷类型与分布）对其它高强高导合金设计具有普适指导意义。