电磁搅拌对C19400-SiC复合材料组织及性能的影响

廖钰敏

（广东松山职业技术学院，广东 韶关 512126）

近年来，我国电子科技迅速发展，电子产品产量猛增，引线框架材料作为电子设备中集成电路的重要原材料，其等综合性能，直接影响电子产品的质量及寿命。而引线框架材料良好的铸态组织性能，是材料具有良好使用性能的前提，其中包括合金铸态晶粒尺寸及力学性能等。采用晶粒细化来提高合金材料强度，是材料制备过程中常用的手段，因细化晶粒对合金导电导热性能的影响极小而受到广泛青睐[1-4]。采用无机非金属材料SiC作为提高合金力学性能也是目前常用的方法。近年来机械搅拌、电磁搅拌、超声振动法因可获得细小晶粒而备受人们的关注[5]。本文着重研究电磁搅拌对C19400-SiC复合材料铸态晶粒的细化效果以及力学性能的影响。

1 实验过程

本实验采用C194合金、SiC粉末（提前在300℃热处理1小时，去除吸附在表面的水分等）为原料，采用高纯石墨坩埚，在箱式电阻炉中进行熔炼，熔炼温度为1300℃。为减少氧化烧损，本实验熔炼过程采用木炭作为覆盖剂，C194合金溶化后，充分搅拌，浇铸成Φ40×40mm的铸锭，制取金相试样。

实验分为两组：第一组浇铸前不使用电磁搅拌，熔炼温度1300℃，熔炼10min，熔体温度降到1250℃铁模浇铸。第二组为电磁搅拌组：熔炼温度1300℃，熔炼10min，铜合金完全融化，随后进行电磁搅拌，经过多次试验，确定电磁频率20Hz，搅拌时间15s作为电磁搅拌参数条件。电磁搅拌过程，能观察到熔体剧烈震动，且有气泡上浮。

2 结果与分析

2.1 电磁搅拌对材料复合材料组织影响

图1为未采用电磁搅拌的铸态复合材料金相组织照片。图1（a）、（b）、（c）为C19400合金加入SiC以后形成复合材料的金相组织照片，可从看出，SiC对合金晶粒有明显的细化效果。但SiC含量对C19400-SiC复合材料组织的细化效果到达一定程度就细化效果不再提高。

如图2所示，为采用了电磁搅拌后C19400-SiC复合材料铸态组织金相图。从图中可以看出，采用电磁搅拌后，晶粒细化效果比单独添加SiC时更为显著。电磁搅拌后，复合材料晶粒进一步细化，如图2（a）、（b）、（c）所示。随着SiC添加量的增加，细化细化效果逐渐减弱。

C19400-SiC复合材料铸态晶粒尺寸呈现的递减规律，第一个原因在于加入SiC，SiC为高熔点粒子，在合金结晶过程中成为非自发形核核心，形核率提高，晶粒数目增加，等轴晶晶粒长大受到限制，晶粒得到细化[6]。

而电磁搅拌之所以能够进一步细化晶粒，首先是因为通过电磁搅拌，熔体内产生剧烈的对流运动，外围散热较快，易先形核，而在电磁作用下，熔体冲刷，先形成的晶核冲入熔体内部，外围同时不断产生新晶核，晶核生成速度迅速增加，晶粒数目增多[7]。同时在电磁力的作用下不断运动的熔体，能使晶核分布更加均匀，从而使形成的组织比未进行电磁搅拌的复合材料的铸态组织要均匀。此外，熔体中晶粒间在电磁搅拌运动过程中发生碰撞，晶粒易破碎，也成为晶核增加的一大原因[8]。此外，采用电磁搅拌时，改善了SiC的团聚现象，让基体金属与SiC充分混合，形成更多的结晶核心，所以，采用电磁搅拌能够使C19400-SiC复合材料晶粒更为细小均匀[9]。

2.2 电磁搅拌对C19400-SiC性能影响

图1 未采用电磁搅拌的C19400-SiC复合材料金相照片

图2 采用电磁搅拌的C19400-SiC复合材料的组织金相照片

图3为两组试验材料硬度值随SiC添加量变化曲线图。从图中可以看出，随着SiC添加量的提高，未采用电磁搅拌及采用电磁搅拌后的复合材料硬度值均呈现明显上升趋势，当SiC添加量为0.6%时，复合材料硬度值分别达到最高值74.8.和76.0，采用电磁搅拌后的复合材料比未采用电磁搅拌硬度整体提高1.5%。两组材料的硬度提高，一方面来自于晶粒逐渐细化，晶界总面积逐渐增加，晶粒塑性变形过程中位错运动造成更大的阻碍增加来实现[9,10]；另一方面来自SiC颗粒影响，SiC粒子弥散分布在C194合金基体上，对位错运动起到钉扎作用，从何使得合金硬度提高。另外，电磁搅拌后复合材料的晶粒得到进一步细化，晶界总面积提高，对塑性变形过程中位错运动阻碍增强，表现为采用电磁搅拌后C19400-SiC复合材料硬度值提高[10,11]。

图3 电磁搅拌对C19400-SiC复合材料硬度值影响图

3 结论

（1）浇铸前进行电磁搅拌能极大地细化C19400-SiC复合材料晶粒尺寸。

（2）电磁搅拌能提高C19400-SiC复合材料的硬度，采用电磁搅拌的复合材料硬度值比未采用电磁搅拌的复合材料硬度值总体提高1.5%。