電磁攪拌對C19400-SiC復合材料組織及性能的影響

廖鈺敏

（廣東松山職業(yè)技術學院，廣東 韶關 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電導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注[5]。本文著重研究電磁攪拌對C19400-SiC復合材料鑄態(tài)晶粒的細化效果以及力學性能的影響。

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，充分攪拌，澆鑄成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 結果與分析

2.1 電磁攪拌對材料復合材料組織影響

圖1為未采用電磁攪拌的鑄態(tài)復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，形成更多的結晶核心，所以，采用電磁攪拌能夠使C19400-SiC復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復合材料金相照片

圖2 采用電磁攪拌的C19400-SiC復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合材料硬度值均呈現(xiàn)明顯上升趨勢，當SiC添加量為0.6%時，復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復合材料硬度值提高[10,11]。

圖3 電磁攪拌對C19400-SiC復合材料硬度值影響圖

3 結論

（1）澆鑄前進行電磁攪拌能極大地細化C19400-SiC復合材料晶粒尺寸。

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