深冷处理对纯银组织和导电性能的影响毕业论文

密级 ： NANCHANG UNIVERSITY学 士 学 位 论 文THESIS OF BACHELOR（2011 2015 年）题 目：深冷处理对纯银组织和导电性能的影响学 院： 机电工程学院 系 材料加工系 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 材成 学 号： 590121 学生姓名： 指导教师： 起讫日期： 2015.03. 5.06.03 南 昌 大 学学士学位论文原创性申明本人郑重申明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本申明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在 年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密。（请在以上相应方框内打“” ）作者签名： 日期：导师签名： 日期：摘要I深冷处理对纯银组织和导电性能的影响专 业：材料成型及控制工程 学 号：5910学生姓名： 指导教师：刘 摘要金属银在常温下具有最优的导电性、热传导性以及稳定的化学性，使其广泛应用于现代生活和工业中，尤其是在电子产业中具有无可替代的地位，随着电子工业的发展，金属银的优良导电性和热传导性及稳定的化学性质使其成为电子产业中不可缺少的材料。本文以纯银为研究对象，基于目前娴熟的金属深冷处理工艺，对纯银材料进行深冷处理 24h。本论文对纯银丝深冷处理前后的显微组织进行了比较详细的分析，并对深冷前后纯银的导电性、硬度进行了对比与研究：观察发现经过深冷处理后的纯银晶粒直径变大，但是显微组织排列更加均匀，各个晶面的衍射峰和半高宽都变小；电导率由 57.68MS/m 提升为 58.74MS/m,提升了 1.84%，这主要是由于纯银在深冷处理过程中，粒收缩产生了内应力，恢复至室温时内应力释放导致晶粒粗化，而晶粒粗化导致晶界减少，晶界的减少使得电子通过晶粒阻力减少，电子散射作用也降低，同时晶体内缺陷减少，位错密度的降低，有利于提升纯银材料的导电性；纯银显微硬度与原始态相比有了一定程度的提升，维氏硬度由 65.8HV 提升到 67.9HV，这是由于在纯银在深冷处理过程中，纯银晶粒变大，但是显微组织排列更加均匀，晶内缺陷减少，有利于提升纯银的显微硬度。关键词：纯银；深冷处理；显微组织；电导率ABSTRACTIIThe Effect of Cryogenic Treatment on Microstructure and electrical properties of silverABSTRACTMetallic silver has the best electrical conductivity, thermal conductivity, and chemical stability at room temperature, it is widely used in modern life and industry, especially those with irreplaceable position in the electronics industry, with the development of the electronics industry, excellent conductivity and thermal conductivity of metallic silver to become an indispensable material electronics industry.In this paper, silver for the study, based on the current skilled metal cryogenic treatment process of the silver material cryogenic treatment 24h. Thesis on the microstructure before and after cryogenic treatment silver a detailed analysis, and around Cryogenic silver conductivity, hardness compared with research: observed after cryogenic treatment Silver grain coarsening, but more uniform microstructure arrangement, each crystal face diffraction peak and FWHM are smaller;Electrical conductivity by the 57.68MS / m upgraded to 58.74MS / m, improved 1.84%, which was mainly due to sterling in cryogenic process, grain shrinkage internal stress, stress release restore to room temperature leads to grain coarsening while coarsening the grain boundaries leading to decrease, reducing the grain boundaries so that electrons reduced by the grain resistance, while reducing the crystal defects, dislocations lower density material to enhance the conductivity of silver; and silver and microhardness compared to the original state with a certain degree of upgrading, the Vickers hardness of the 65.8HV upgrade to 67.9HV, which is due in sterling at cryogenic process, silver grains become larger, but more uniform microstructure arrangement, crystal internal defect reduction. Eventually leading to enhance the hardness.Keywords: Silver; cryogenic treatment; microstructure; Conductivity第一章 绪论III目录摘要 .IABSTRACT .II第一章 绪论 .11.1 金属银的简单介绍 .11.1.1 金属银的基本特性 .11.1.2 金属银的应用 .11.2 深冷处理概述 .21.2.1 深冷处理的历史 .21.2.2 深冷处理的原理 .41.3 本课题的研究内容与意义 .51.3.1 研究内容 .51.3.2 研究意义 .5第二章 实验研究方法 .62.1 实验材料和设备 .62.2 金相试样制备过程 .62.3 组织观察 .72.3.1 金相 .72.3.2 扫描电镜 .72.3.3 X 射线衍射 .8第三章 深冷处理对纯银显微组织和导电性能的分析 .93.1 深冷处理对纯银导电性的影响 .93.2 深冷处理对纯银显微硬度的影响 .103.3 深冷处理前后纯银显微组织变化 .113.4 XRD 结果分析 .123.5 SEM 结果分析 .13第四章 结论和展望 .154.1 结论 .154.2 展望 .15参考文献 .16致谢 .18第一章 绪论1第一章 绪论1.1 金属银的简单介绍1.1.1 金属银的基本特性银是一种银白色化学元素，属于过渡金属，在自然界中主要以含银化合物矿石存在，基本不存在银单质， ，化学符号是 Ag，原子序数 47，熔点是960.8，沸点是 2210，银是面心立方晶格，塑性良好，具有最高的电导率 1，极好的导热性，材质比较软，很强的延展性，银反光率极高，最高可达 99%以上。银的化学性质稳定，活跃性低，不易受化学药品腐蚀。银相对于其他普通金属有很好的化学稳定性，在常温下不发生氧化。但在所有贵重金属中，银的化学性质却是最活泼的，它能与硝酸反应生成硝酸银；还与热的浓硫酸发生氧化还原反应生成二氧化硫和硫酸银；与盐酸和“王水”中的氯离子结合，在盐酸和“王水”表面生成氯化银薄膜；如果银和与硫化物接触，就会有黑色硫化银生成。此外，银能与任何比例的金或铜形成合金，与铜、锌共熔时极易形成合金，与汞接触可生成银汞齐。1.1.2 金属银的应用在古代，人类就对银有了认识，银是一种应用历史非常悠久的贵重金属，至今已有好几千年的历史。银最早用于装饰品、货币和餐具。目前，银已经广泛用于摄影业、电气电子、电镀及医疗工业，因为纯银在所有金属中具有最高的导电性和传热性，所以在安全和精密度要求极高的高新技术中也获得越来越多的应用 2。1 银币历史上，相对于更为贵重的黄金来说，银用于制造钱币更为广泛，因为银的供应量充足，性价比相对黄金较低，所以在日常的生活中非常实用。十九世纪以前，大多数国家都建立了比较系统的银制度，银币在市场上流通顺畅。但在“淘金热”之后，黄金迅速的超越了银的地位。银逐渐从大规模的造币市场中退出，走向 “幕后” ，但仍存在于部分国家中，如美国、澳大利亚、加拿大等国，银币仍然是主要的投资币种。第一章 绪论22 首饰业和银器银与黄金性质相似，反射率极高，抛光效果凌驾于其他任何金属之上。因此，银匠一直想把已经很亮的银丝表面打磨的更加光亮。纯银（99.9%）光泽鲜亮，但为使首饰耐磨性更高，通常会在银中掺入少量的金属铜制成银铜合金。十四世纪以后，制作银器的标准材料就定义为 92.5%纯度的纯银，其中主要是制造“扁平”和“凹形”的餐具材料。通常情况下，用银作为镀层有很大的区别，例如做银器，需要有 20-30 微米的镀层，而首饰仅有 35 微米的镀层。3 摄影业摄影过程中的感光材料用的是银的卤化物-卤化银，卤化银晶体由可溶解银溶液混合而成，如氯化钠或溴化钾的硝酸银溶液。这些颗粒悬浮在未曝光的胶片中，光对卤化银的作用是打乱了这种混合物的结构，通过还原剂有选择地将在特定条件下重复上述过程，将底片上的图像转换成正片。照相软片常用于 X光照相技术和普通大众摄影行业中 3。4 工业 在所有金属当中，银的导电性和热传导性都是最高的，因为其优异的应用性能，因此在电子行业中具有无可替代的地位，银粉及其电子浆料是电子行业中应用最为广泛的贵金属，是生产各种电子元器件的关键材料。电子浆料产品包含电子技术、冶金、化工，是一种高科技的电子功能材料，主要应用领域包括：制造厚膜集成电路、电阻网络、多层贴片陶瓷电容器(MLCCS)、导体油墨、太阳能电池电极、薄膜开关中的银-钯浆料以及用于制造汽车挡风玻璃上的电动加热银薄膜 4。银具有极高的反光性，抛光后反射率更是可以达到 100%，因此银被广泛应用于玻璃涂层、玻璃纸和制镜。大部分电池都用银合金做阴极，虽然这样一来，电池的成本大大提高，但它相比其他类型的电池动力-重量特性更强大。其中最常用的是纽扣型氧化银电池，这种电池通常用在电子产品中。纯银在大量化学反应中作为催化剂使用。1.2 深冷处理概述1.2.1 深冷处理的历史深冷处理(Cryogenic treatment)，又称超低温处理，是指以液氮为制冷剂、在-190 C 至 -230C 的环境下对工件进行处理，而达到改变材料性质的目的。第一章 绪论3是常规冷处理技术的一种延伸，是一种从20世纪中期开始广泛应用于工业生产的一种新工艺 5，深冷处理被广泛应用于模具钢和工具钢工件中。深冷处理以后，工件尺寸的稳定性得到提升，疲劳强度(Fatigue Strength)，耐磨性(Wear Resistance)与使用寿命均能得到大幅度提升。 图1.2 深冷设备简略图20世纪初期，瑞士的科学家们发现，在阿尔卑斯山上经过冰雪冷藏的瑞士军刀、刀片和钟表等工件有更长的使用寿命，这就是早期的深冷处理的雏形 6。“深冷处理”这一概念最早由前苏联科学家提出，二战后，美国、日本、苏联等国家开始对金属深冷技术展开了更加广泛的研究。经过大量的实验探索，美国的科研人员发现深冷工艺在金属工具材料及其他领域具有非常重要的意义。经过深冷处理后显著提升了工具钢的使用寿命与耐磨损性能 7-8。1965年，美国的F. Barron 教授研究了五种不同模具钢的深冷处理，发现经过深冷处理后模具钢的硬度虽然没有显著增加，但是其耐磨损抗力却显著提高。经过-84的冷处理后，工件的耐磨性提高了2.0-6.6倍，而继续将处理温度降至-190时，其耐磨性还能继续增加2.6倍。此研究结果的正确性很快就在后续的实际生产中得到了有力的支持。当时美国一家公司为大型涡轮发动机生产冲头，当把冲头放在-190的超低温环境下处理后，其使用寿命延长至原来的两倍 9-11 。1966 年，密歇根州公司也开始利用深冷工艺来修复磨损的工件，并取得了不错的效果 12。和发达国家相比，我国的深冷处理技术研究时间比较短，上世纪80年代末期，深冷技术才开始逐渐的传入我国，并被首先应用到工具钢和模具钢中，而近年来，深冷处理技术的研究不断完善，研究发现深冷处理能改善材料的耐磨第一章 绪论4性、韧性、硬度、尺寸、稳定性等方面 13，深冷处理技术逐渐由黑色金属扩大到有色合金（铝合金、镁合金、钛合金）以及复合材料等，并取得了一系列的成就。1.2.2 深冷处理的原理对于钢铁材料的深冷处理技术已经有百余年的历史，其深冷原理也研究得也很清晰。截止到目前，对于钢铁材料深冷处理的强化原理，各国的专家学者研究的结果也比较统一，主要有以下三种看法:(1)碳化物的析出研究发现，经过深冷处理，钢铁组织中析出了许多细小碳化物，从而产生弥散强化，极大地改善了其耐磨性。很多学者认为，在超低温环境下，Fe的晶格常数也逐渐缩小，加速了碳原子的析出速度，固溶在晶格内的碳原子析出。由Arrhenius方程得出，温度越低，原子的扩散系数越小。在超低温环境下，因为碳原子的扩散距离有限，因而只能以细小碳化物的形式析出 14。因为有大量碳化物的析出，合金的硬度与韧性才得以提高。(2)残余奥氏体的改变对于碳钢来说，在温度极低的情况下，残余奥氏体转化成马氏体的速度迅速增强，1949 年，Gulyaev 等人研究了R18 钢的深冷处理，发现试验过后，剩余奥氏体的体积分数只占原来的90%左右 15；Moore通过进一步的研究，发现深冷处理几乎对所有钢材都能起到消除残余奥氏体，促进马氏体相变的作用 16。除此之外，也有部分学者认为，深冷处理只能降低奥氏体的数量，并不能完全消除残余的奥氏体 17， 经过深冷处理，残余奥氏体的形状、亚结构和分布也被改变，提升其性能，能轻松地让钢材承受载荷，从而提高钢的强度与韧性 18。(3)组织细化组织细化是指材料在深冷处理条件下原来粗大的板条状马氏体发生碎化，从马氏体的机体上析出了大量的散状态的碳化物，直接导致工件的韧性和强度得以提高