高导电性CuCrSnZnSi合金带材高温软化前后的力学性能与微观结构演变机制

本文系统研究了Cu-0.2wt.%Cr-0.252wt.%Sn-0.166wt.%Zn-0.014wt.%Si合金带材在高温软化过程中的性能演变规律，通过铸造-热变形-固溶处理-冷轧-时效等多工序制备的0.7mm带材展现优异综合性能（导电率63.50%IACS，抗拉强度533MPa）。研究揭示了纳米Cr相钉扎晶界/位错的强化机制，首次提出位错强化（dislocation strengthening）对强度贡献率达52.3%，并发现570℃为临界软化温度，为高导铜合金在集成电路引线框架（lead frames）等高温场景应用提供理论支撑。

　　

Highlight

Cu-0.2wt.%Cr-0.252wt.%Sn-0.166wt.%Zn-0.014wt.%Si合金带材（厚度0.7mm）通过铸造、热变形、高温固溶处理（solution treatment）、冷变形、时效和二次冷变形制备。所得带材导电率达63.50%IACS，显微硬度172.7HV_0.2，抗拉强度533MPa，屈服强度522MPa，断裂延伸率4.1%。冷轧储能释放与退火动力学的协同作用促进了应变组织的回复与再结晶（recrystallization）。

Discussion

纳米Cr相相对于晶界、孪晶界和位错的低迁移率导致钉扎效应（pinning effect），降低了再结晶的有效驱动力，同时增加了小角度晶界比例，从而诱导晶界强化（grain boundary strengthening）。定量分析表明：位错强化对合金强度的贡献率最高（52.3%），其次为晶界强化（21.8%）、沉淀强化（precipitation strengthening, 18.5%）和固溶强化（solid solution strengthening, 7.4%），这些机制共同支撑了570℃的高温软化抗力。Sn、Zn、Si的晶界散射（grain boundary scattering）和固溶散射在冷轧态显著影响导电率，而退火后晶界散射效应大幅减弱。

Conclusions

1. 1.

   多工序制备的合金带材在570℃退火1小时后仍保持73.21%IACS的高导电率和139.4HV_0.2的硬度；

2. 2.

   Cr纳米相通过"拖拽-钉扎"机制抑制再结晶，使再结晶温度较纯铜提高170℃；

3. 3.

   独特的元素配伍使合金兼具高强度（>500MPa）和高导电率（>60%IACS）的"双高"特性。