摘要
Cr或Fe作为钝化和强化元素添加到Cu-Ni二元合金中，可提高其强度、耐海水腐蚀、抗氧化、可加工性和焊接性等性能。使得Cu-Ni-Cr和Cu-Ni-Fe合金能用于诸如船舰海水管道、热交换器、冷凝器导管等关键部件以及作为潜在的高温阳极材料。两者都属于典型的Spinodal分解强化合金。已有研究表明，Cu-Ni-Cr和Cu-Ni-Fe合金发生Spinodal分解形成两个fcc相结构相同但成分不同的组织。关于两者合金系统的大量研究主要集中在时效工艺对组织形态、晶格常数、硬度及抗拉强度等的影响。然而对于组织的演变及其对性能的影响，少有学者进行系统性的研究。 本文以Cu-Ni-Cr和Cu-Ni-Fe合金为研究对象，通过固定Ni/Cr和Ni/Fe原子比为3/1，连续改变Cu含量，在较大成分区间系统研究了Cux[Ni3Cr1](x=1,2,3,4,5,7,9和12)和Cux[Ni3Fe1](x=4,7,9和12)合金的微观组织变化。利用金相显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）、扫面电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、电子探针（EPMA）、能谱分析（EDS）、维氏硬度计、万能试验机及变温电阻仪对合金的表面形貌、物相结构、成分、硬度、拉伸性能及电阻率进行了分析，结果表明： 1.Cux[Ni3Cr1](x=1,2,3,4,5,7,9和12)合金是典型的调幅分解结构。经1073 K/5 h固溶和773 K/4 h时效后，所有合金样品都发生了Spinodal分解。Cu-rich(γ1)相和Ni-rich(γ2)相之间的失配度（η）会明显影响γ2相的形状。η介于0.62%～0.75%之间，γ2呈立方状；而η介于1.08%～1.35%之间，γ2呈板条状，且随着x的增加，合金中的板条状形态逐渐减少，抗拉强度（σb）由818 MPa逐渐减小至484 MPa；屈服强度（σs）从810 MPa降低至344 MPa；延伸率（δ）由2.5%增加至25.6%，但在x=9处急剧下降至11.7%；硬度值在x=3时最大，其值为245 HV。其中立方状γ2相比例增加会提高合金强度，而板条状γ2相由于排列密度较高，表现出最好的耐蚀性，因此可以根据合金的实际服役条件，选择合适的x值，调节合金的组织形态。另外，当Cr呈现固溶态时，是一个促进调幅分解的元素，而晶界析出的大型富Cr相会对合金力学性能产生破坏性的影响。整个合金系没有Ni2Cr相的生成。 2.Cux[Ni3Fe1](x=4,7,9和12)合金经1073 K/5h固溶+723 K/4h时效处理后合金中主要的强化方式是调幅分解；随着x的增加，调幅分解形成的富Ni-Fe逐渐减少，合金抗拉强度、屈服强度以及硬度都呈减小的趋势；编织板条状的组织因排列密度高，表现出良好的耐蚀性；x为4、7和9的合金时效后有少量的γ'-Ni3Fe析出相，对合金的硬度和拉伸性能影响不大，但γ'-Ni3Fe相在773 K左右会发生分解，导致电阻率略有下降；而x为12的合金时效后晶界上有大量α-Fe相析出。
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