1、2023，Vol.37，No.13wwwmater-repcom21040152-1基金项目:国家重点研发计划(2017YFE0107900);国家自然科学基金(51674083);国家 111 计划 20(BP0719037)This work was financially supported by the National Key D Program of China(2017YFE0107900)，the National Natural Science Foundation of China(51674083)，and the 111 Project(20)of China(BP07
2、19037)zhanglinepmneueducn;egwangmailneueducnDOI:10.11896/cldb.21040152Cu-Ag 高强高导合金的研究现状与进展张道琦1，2，张林1，郭晓1，2，王恩刚1，1东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室，沈阳 1108192东北大学冶金学院，沈阳 110819现代能源、电力、机械、电子信息等产业的发展需要用到导电和力学性能优良的 Cu 基合金。具有弥散第二增强相分布的 Cu 基合金具有高导电性和高强度，可用于脉冲强磁场、高铁接触用线和航天等高科技领域。目前被广泛研究的 Cu 基二元合金有 Cu-Nb、Cu-Ag、Cu-Cr 和 C
3、u-Zr 等。其中Cu-Ag 合金相比其他 Cu 基二元合金具有更高的导电性能和力学综合性能。然而，Ag 属于贵金属，价格昂贵，Cu-Ag 合金制备工艺流程长，成本高。因此，近年来寻找新型合金制备方法和与 Cu-Ag 合金相匹配的合金化元素成为了研究热点，研究者们不断尝试在合金中加入第三组元，从而降低合金中的 Ag 含量，提高合金的综合性能;同时，改进形变过程中的热处理工艺也对 Cu 基合金性能提升取得了一定效果。研究表明，增加 Ag 含量有利于合金强度的增加。采用定向凝固与冷变形相结合的制备工艺，可以大幅提高合金强度;采用水平连铸工艺，或在凝固过程中施加直流、交流磁场，均可使制备的 Cu-A
4、g 合金导电性能提高。目前，在 Cu-Ag 合金研究中加入的第三组元有 Nb、Cr、Zr、W、Fe、稀土元素。富 Nb 相有良好的延展性，在拉拔过程中很容易演变为纤维，提高了合金强度;Zr、W 元素能够抑制 Ag 的析出，从而提高合金的强度;Cr 元素能使合金的耐磨性能提升 23 倍，但富 Cr 相的延展性相对较差。本文归纳了 Cu-Ag 高强高导合金的研究进展，分析了提高 Cu-Ag 二元合金和 Cu-Ag 系三元合金性能的方法以及面临的问题，以期为制备综合性能优良的 Cu-Ag 合金提供参考。关键词Cu-Ag 合金导电性能抗拉强度凝固形变热处理中图分类号:TG1461;TG1565;TG3
5、59文献标识码:Aesearch Status and Progress of Cu-Ag High-strength and High-conductivity AlloysZHANG Daoqi1，2，ZHANG Lin1，GUO Xiao1，2，WANG Engang1，1Key Laboratory of Electromagnetic Processing of Materials(Ministry of Education)，Northeastern University，Shenyang 110819，China2School of Metallurgy，Northeastern
6、 University，Shenyang 110819，ChinaCu-Based alloys with excellent conductivity and mechanical properties have a wide range of applications in the development of modern energy，electric power，machinery，electronic devices，and other industries Cu-based alloys reinforced by the dispersion of a second phase
7、 havehigh strength and high conductivity，and these can be used in high-tech fields such as pulsed high magnetic field，high-speed rail contact wire，and aerospace technical field Cu-based binary alloys such as Cu-Nb，Cu-Ag，Cu-Cr and Cu-Zr have been widely studied The Cu-Ag alloy exhib-its superior elec
8、trical conductivity and mechanical properties compared to other binary alloys based on copperAs a noble metal，Ag is expensive，and the preparation of Cu-Ag alloys is complicated and expensive Therefore，in recent years，it has be-come a popular research topic to design new fabrication methods and alloy
9、ing elements of Cu-Ag alloys Scholars have attempted to add somethird components to Cu-Ag alloys，which can not only reduce Ag content but also improve comprehensive properties of the alloy Moreover，theproperties of the alloy have been improved by optimizing the heat treatment process in the deformat
10、ion stagesesults show that alloy strength increases with increasing Ag content The strength of the alloy can also be improved by combining directionalsolidification and cold deformation Some studies have shown that electrical conductivity can be improved by the horizontal continuous castingprocess o
11、r by applying DC and AC magnetic fields during solidification Currently，Nb，Cr，Zr，W，Fe，and rare-earth elements are used in thesynthesis of Cu-Ag alloys The Nb-rich phase has good ductility and can easily form fibers in the drawing process，leading to increased strengthZr and W can inhibit the precipit
12、ation of Ag，improving alloy strength Cr can improve the wear resistance of the alloy by approximately 23 times;however，ductility of the Cr-rich phase is relatively poorThis paper summarizes recent results in high-strength and high-conductivity Cu-Ag alloys and analyzes methods to improve the propert
13、ies ofCu-Ag binary alloys and Cu-Ag ternary alloys In order to facilitate the preparation of Cu-Ag alloys with superior comprehensive properties，this pa-per aims to provide a valuable referenceKey wordsCu-Ag alloy，electric conductivity，tensile strength，solidification，deformation，heat treatment0引言目前，
14、广泛应用在机械、电子、现代能源等各种工业领域的导体材料绝大多数为具有良好导电、力学和物理性能的 Cu基导体材料。随着研究的不断深入，诸多领域对 Cu 基导体材料提出了更高的性能要求。脉冲强磁场的绕组线圈在工作时会产生大量的焦耳热。因此，为了降低线圈产生的焦耳热，导体材料需具有良好的导电性能和更高的极限抗拉强度1-5。对于 60 T 以上的脉冲强磁场线圈，导体材料的要求为导电率达 65%IACS、抗拉强度在 1 000 MPa 以上;对于 100 T的脉冲强磁场线圈，导体材料需要具有优良的导电性能以及152 GPa 的极限抗拉强度6-7。高速铁路接触线材对导体21040152-2材料性能同样有着
15、很高的要求，一般的接触导线要求材料的导电率在 80%IACS 以上，抗拉强度在 600 MPa 以上8。1高强高导 Cu 合金的分类为了提高 Cu 基导体材料的强度，在合金中引入了沉淀和弥散强化的硬化机制。弥散强化是指弥散氧化物(ZrO2、Y2O3、Al2O3)9-11 对 Cu 基导体的强化作用。然而，因为这些弥散氧化物与熔融 Cu 的不互溶性，不能用传统的铸锭冶金法制造12，所以氧化物弥散强化 Cu 合金的制造采用了化学途径、机械合金化和内部氧化13-15 一系列复杂的程序，所制造的 Cu 基合金在室温下的电导率范围为 78%IACS 92%IACS，大多数氧化物弥散强化 Cu 线材的抗拉
16、强度范围为300700 MPa。采用室温下与 Cu 不互溶的金属元素进行合金化，并原位析出增强相，可获得更优良的综合性能。目前被广泛研究的 Cu 基二元合金有 Cu-Nb16-17、Cu-Fe18-19、Cu-Cr20-21、Cu-Ag22-23 等。相比其他 Cu 基二元合金，Cu-Ag 合金具有良好的导电性能和较高的抗拉强度。但 Ag 属于贵金属，价格昂贵，为了在降低合金制备成本的同时又能保持合金的优良性能，众多研究者在 Cu-Ag 合金中加入第三组元，目前广泛研究的 Cu-Ag 系三元合金有 Cu-Ag-Fe24-25、Cu-Ag-Cr26-27、Cu-Ag-Nb28-29、Cu-Ag-Zr30-31 等。Cu-Ag、Cu-Nb、Cu-Cr 和 Cu-Fe32-35 合金可采用传统铸锭工艺制造，凝固过程中合金中会形成弥散相(Ag、Nb、Cr 和Fe)。这些弥散相在合金冷加工变形(模锻和拉伸)的过程中可改变合金强度，将合金转变为 Cu 基原位复合材料8。Cu-Ag、Cu-Nb 合金中弥散分布的 Ag 相和 Nb 相都具有良好的延展性，能够通过大变形成为纳米级细丝，提高合金的强度。C
