電磁攪拌對C19400-SiC復(fù)合材料組織及性能的影響

廖鈺敏

（廣東松山職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512126）

近年來，我國電子科技迅速發(fā)展，電子產(chǎn)品產(chǎn)量猛增，引線框架材料作為電子設(shè)備中集成電路的重要原材料，其等綜合性能，直接影響電子產(chǎn)品的質(zhì)量及壽命。而引線框架材料良好的鑄態(tài)組織性能，是材料具有良好使用性能的前提，其中包括合金鑄態(tài)晶粒尺寸及力學(xué)性能等。采用晶粒細化來提高合金材料強度，是材料制備過程中常用的手段，因細化晶粒對合金導(dǎo)電導(dǎo)熱性能的影響極小而受到廣泛青睞[1-4]。采用無機非金屬材料SiC作為提高合金力學(xué)性能也是目前常用的方法。近年來機械攪拌、電磁攪拌、超聲振動法因可獲得細小晶粒而備受人們的關(guān)注[5]。本文著重研究電磁攪拌對C19400-SiC復(fù)合材料鑄態(tài)晶粒的細化效果以及力學(xué)性能的影響。

1 實驗過程

本實驗采用C194合金、SiC粉末（提前在300℃熱處理1小時，去除吸附在表面的水分等）為原料，采用高純石墨坩堝，在箱式電阻爐中進行熔煉，熔煉溫度為1300℃。為減少氧化燒損，本實驗熔煉過程采用木炭作為覆蓋劑，C194合金溶化后，充分?jǐn)嚢瑁瑵茶T成Φ40×40mm的鑄錠，制取金相試樣。

實驗分為兩組：第一組澆鑄前不使用電磁攪拌，熔煉溫度1300℃，熔煉10min，熔體溫度降到1250℃鐵模澆鑄。第二組為電磁攪拌組：熔煉溫度1300℃，熔煉10min，銅合金完全融化，隨后進行電磁攪拌，經(jīng)過多次試驗，確定電磁頻率20Hz，攪拌時間15s作為電磁攪拌參數(shù)條件。電磁攪拌過程，能觀察到熔體劇烈震動，且有氣泡上浮。

2 結(jié)果與分析

2.1 電磁攪拌對材料復(fù)合材料組織影響

圖1為未采用電磁攪拌的鑄態(tài)復(fù)合材料金相組織照片。圖1（a）、（b）、（c）為C19400合金加入SiC以后形成復(fù)合材料的金相組織照片，可從看出，SiC對合金晶粒有明顯的細化效果。但SiC含量對C19400-SiC復(fù)合材料組織的細化效果到達一定程度就細化效果不再提高。

如圖2所示，為采用了電磁攪拌后C19400-SiC復(fù)合材料鑄態(tài)組織金相圖。從圖中可以看出，采用電磁攪拌后，晶粒細化效果比單獨添加SiC時更為顯著。電磁攪拌后，復(fù)合材料晶粒進一步細化，如圖2（a）、（b）、（c）所示。隨著SiC添加量的增加，細化細化效果逐漸減弱。

C19400-SiC復(fù)合材料鑄態(tài)晶粒尺寸呈現(xiàn)的遞減規(guī)律，第一個原因在于加入SiC，SiC為高熔點粒子，在合金結(jié)晶過程中成為非自發(fā)形核核心，形核率提高，晶粒數(shù)目增加，等軸晶晶粒長大受到限制，晶粒得到細化[6]。

而電磁攪拌之所以能夠進一步細化晶粒，首先是因為通過電磁攪拌，熔體內(nèi)產(chǎn)生劇烈的對流運動，外圍散熱較快，易先形核，而在電磁作用下，熔體沖刷，先形成的晶核沖入熔體內(nèi)部，外圍同時不斷產(chǎn)生新晶核，晶核生成速度迅速增加，晶粒數(shù)目增多[7]。同時在電磁力的作用下不斷運動的熔體，能使晶核分布更加均勻，從而使形成的組織比未進行電磁攪拌的復(fù)合材料的鑄態(tài)組織要均勻。此外，熔體中晶粒間在電磁攪拌運動過程中發(fā)生碰撞，晶粒易破碎，也成為晶核增加的一大原因[8]。此外，采用電磁攪拌時，改善了SiC的團聚現(xiàn)象，讓基體金屬與SiC充分混合，形成更多的結(jié)晶核心，所以，采用電磁攪拌能夠使C19400-SiC復(fù)合材料晶粒更為細小均勻[9]。

2.2 電磁攪拌對C19400-SiC性能影響

圖1 未采用電磁攪拌的C19400-SiC復(fù)合材料金相照片

圖2 采用電磁攪拌的C19400-SiC復(fù)合材料的組織金相照片

圖3為兩組試驗材料硬度值隨SiC添加量變化曲線圖。從圖中可以看出，隨著SiC添加量的提高，未采用電磁攪拌及采用電磁攪拌后的復(fù)合材料硬度值均呈現(xiàn)明顯上升趨勢，當(dāng)SiC添加量為0.6%時，復(fù)合材料硬度值分別達到最高值74.8.和76.0，采用電磁攪拌后的復(fù)合材料比未采用電磁攪拌硬度整體提高1.5%。兩組材料的硬度提高，一方面來自于晶粒逐漸細化，晶界總面積逐漸增加，晶粒塑性變形過程中位錯運動造成更大的阻礙增加來實現(xiàn)[9,10]；另一方面來自SiC顆粒影響，SiC粒子彌散分布在C194合金基體上，對位錯運動起到釘扎作用，從何使得合金硬度提高。另外，電磁攪拌后復(fù)合材料的晶粒得到進一步細化，晶界總面積提高，對塑性變形過程中位錯運動阻礙增強，表現(xiàn)為采用電磁攪拌后C19400-SiC復(fù)合材料硬度值提高[10,11]。

圖3 電磁攪拌對C19400-SiC復(fù)合材料硬度值影響圖

3 結(jié)論

（1）澆鑄前進行電磁攪拌能極大地細化C19400-SiC復(fù)合材料晶粒尺寸。

（2）電磁攪拌能提高C19400-SiC復(fù)合材料的硬度，采用電磁攪拌的復(fù)合材料硬度值比未采用電磁攪拌的復(fù)合材料硬度值總體提高1.5%。