Влияние отжигов на формирование структуры и свойств сплава меди, легированного палладием и серебром

Методами рентгеноструктурного анализа, измерения микротвердости, удельного электросопротивления и механических свойств при растяжении изучали сплав меди с малыми добавками палладия и серебра: Cu–1,5Pd–3Ag (ат. %), который может найти применение в качестве коррозионно-стойкого проводника слабых электрических сигналов. Исследованы образцы, находящиеся в нескольких исходных состояниях: закаленном (от 700 °C), деформированном при комнатной и криогенной температурах (в обоих случаях – на 90 % изменения площади поперечного сечения). Для изучения процессов перестройки структуры и эволюции свойств проводили отжиги исходных образцов в интервале температур от 150 до 450 °C (с шагом в 50 °C) с последующим охлаждением в воде или на воздухе. Продолжительность термообработок (ТО) составляла от 1 до 48 ч. Установлено, что отжиг сплава Cu–1,5Pd–3Ag в температурном интервале ниже 450 °С приводит к выделению в Cu-матрице частиц фазы на основе серебра. Показано, что отжиг исходно закаленного сплава несколько увеличивает значение его удельного электросопротивления (ρ): от 3,55·10–8 до 3,8·10–8 Ом·м (после t = 250 °С, 48 ч). Выявлено, что легирование меди палладием (1,5 ат. %) и серебром (3 ат. %) обусловливает повышение прочностных свойств (предел текучести сплава составляет 500 МПа) и температуры рекристаллизации, при этом электропроводность сплава составляет ~50 % IACS. Оптимальный набор свойств (прочности, пластичности и электропроводности) наблюдается после отжигов предварительно криодеформированного сплава при t = 250 °С продолжительностью менее 18 ч. Увеличение времени ТО вызывает перестаривание, следствием которого является разупрочнение. Результаты исследования могут быть использованы при разработке нового высокопрочного материала с пониженным электрическим сопротивлением.

1. Осинцев О.Е., Федоров В.Н. Медь и медные сплавы. Отечественные и зарубежные марки: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Инновационное машиностроение, 2016. 360 с.

2. Валова-Захаревская Е.Г., Дерягина И.Л., Попова Е.Н., Хлебова Н.Е., Панцырный В.И. Особенности микроструктуры высокопрочного многоволоконного композита Cu—18Nb. Diagnostics, Resource and Mechanics of Materials and Structures. 2018;5:116—126. https://doi.org/10.17804/2410-9908.2018.5.116-126

3. Чжиган Ч., Цзюньвэй Л., Шицянь Л., Янни С., Юань М. Механизмы высокотемпературной деформации сплава Cu—Be в высокоупругом отожженном состоянии. Физика металлов и металловедение. 2018;119(1):73—80. https://doi.org/10.7868/S0015323018010096

4. Логинов П.А., Воротыло С., Сидоренко Д.А., Лопатина Ю.В., Окубаев А.., Швындина Н.В., Левашов Е.А. Влияние добавок Ti и TiH2 на структуру и свойства медных сплавов для алмазного режущего инструмента. Известия вузов. Цветная металлургия. 2020;(3):51—58. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2020-3-51-58

5. Rajarshi Banerjee, Sangita Bose, Arda Genc, Pushan Ayyub. The microstructure and electrical transport properties of immiscible copper-niobium alloy thin films. Journal of Applied Physics. 2008;103(3):033511. https://doi.org/10.1063/1.2836970

6. Логинов Ю.Н. Медь и деформируемые медные сплавы: Учеб. пос. Екатеринбург: УГТУ—УПИ, 2004. 136 с.

7. Волков А.Ю., Новикова О.С., Костина А.Е., Антонов Б.Д. Изменение электрических и механических свойств меди при легировании палладием. Физика металлов и металловедение. 2016;117(9):977—986. https://doi.org/10.7868/S0015323016070172

8. Maki K., Ito Yu., Matsunaga H., Mori H. Solid-solution copper alloys with high strength and high electrical conductivity. Scripta Materialia. 2013;68:778—780. https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2012.12.0217

9. Gorsee S., Ouvrard B., Goune M., Poulon-Quintin A. Microstructural design of new conductivity — high strength Cu-based alloy. Journal of Alloys and Compounds. 2015;633:42—47. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2015.01.234

10. Ohta M., Shiraishi T., Hisatsune K., Yamane M. Agehardening of dental Ag—Pd—Cu—Au alloys. Journal of Dental Research. 1980;59(11):1966—71. https://doi.org/10.1177/00220345800590110701

11. Iwamoto C., Adachi N., Watanabe F., Koitabash R. Microstructure evolution in Cu—Pd—Ag alloy wires during heat treatment. Metallurgical and Materials Transactions A. 2018;49:4947—4955. https://doi.org/10.1007/s11661-018-4800-3

12. Новикова О.С., Костина А.Е., Саламатов Ю.А., Згибнев Д.А., Волков А.Ю. Влияние деформации при криогенной или комнатной температуре с последующим отжигом на структуру и свойства меди и ее сплавов Cu—3Pd и Cu—3Pd—3Ag (at. %). Frontier Materials & Technologies. 2023;2:77—87. https://doi.org/10.18323/2782-4039-2023-2-64-6

13. Volkov A.Yu., Novikova O.S., Antonov B.D. The kinetics of ordering in an equiatomic CuPd alloy: A resistometric study. Journal of Alloys and Compounds. 2013;581: 625—631. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2013.07.132

14. Gong X., Wei B., Teng J., Wang Z., Li Yu.Regulating the oxidation resistance of Cu—5Ag alloy by heat treatment. Corrosion Science. 2021;190: 109686. https://doi.org/10.1016/j.corsci.2021.109686

15. Straumal B.B., Kilmametov A.R., Baretzkyet B., Kogtenkova O.A., Straumal P.B., Litynska-Dobrzynska L., Chulist R., Korneva A., Zieva P. High pressure torsion of Cu—Ag and Cu—Sn alloys: Limits for solubility and dissolution. Acta Materialia. 2020;195:184—198. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.05.055

16. Freudenberger J., Kauffmann A., Klaub H., Marr T., Nenkov K., Subramanya S.V., Schultz L. Studies on recrystallization of single-phase copper alloys by resistance measurements. Acta Materialia. 2010;58:2324—2329. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2009.12.018

17. Shakhova I., Sakai Y., Belyakov A., Kaibyshev R. Microstructure evolution in a Cu—Ag alloy during large strain deformation and annealing. Materials Science Forum. 2011;667—669:493—498. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.667-669.493

18. Kada S., Vadlamani S.S., Kauffmann A., Hegedus Z., Gubicza J., Lechner M., Freudenberger J., Wilde G. High strength and ductile ultra-grained Cu—Ag alloy through bimodal grain size, dislocation density and solute distribution. Acta Materialia. 2013;61:228—238. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2012.09.053

19. Wang H., Zhang Z., Zhang H., Hu Z., Li S., Cheng X. Novel synthesizing and characterization of copper matrix composites reinforced with carbon nanotubes. Materials Science and Engineering A. 2017;696:80—89. https://doi.org/10.1016/j.msea.2017.04.055

20. Тонкая структура и свойства твердых растворов: Сб. статей. Пер. с нем. под ред. В. Кестера, И.Я. Бокшицкий. Ред. Я.П. Селисский. М.: Металлургия, 1968. 223 с.

21. Исламгалиев Р.К., Нестеров К.М., Валиев Р.З. Структура, прочность и электропроводность медного сплава системы Cu—Cr, подвергнутого интенсивной пластической деформации. Физика металлов и металловедение. 2015;116(2):219—228. https://doi.org/10.7868/S001532301409006X

22. Бабиков В.В. Метод фазовых функций в квантовой механике. 2-е изд., испр. и доп. М.: Наука, 1976. 287 с.

23. Конькова Т.Н., Миронов С.Ю., Даниленко В.Н., Корзников А.В. Влияние низкотемпературной прокатки на структуру меди. Физика металлов и металловедение. 2010;110(4):336—348. https://doi.org/10.1134/S0031918X10100029

24. Guo S., Liu S., Liu J., Gao Z., Liu Z. Investigation on strength, ductility and electrical conductivity of Cu—4Ag alloy prepared by cryorolling and subsequent annealing process. Journal of Materials Engineering and Performance. 2019;28:6809—6815. https://doi.org/10.1007/s11665-019-04448-7

25. Уманский Я.С., Скаков Ю.А., Иванов А.Н., Расторгуев Л.Н. Кристаллография, рентгенография и электронная микроскопия. М.: Металлургия, 1982. 632 с.

26. Сюткин Н.Н., Ивченко В.А., Телегин А.Б., Волков А.Ю. Полевая эмиссионная микроскопия ранних стадий упорядочения и распада сплава палладий—медь—серебро. Физика металлов и металловедение. 1986;62(5):965—969.

27. Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов. М.: Мир, 1972. 408 с.

28. Toschi S., Balducci E., Ceschini L., Mørtsell E., Morri A., Di Sabatino M. Effect of Zr addition on overaging and tensile behavior of 2618 aluminum alloy. Metals. 2019;9:130. https://doi.org/10.3390/met9020130