[發明專利]一種彈性銅合金的材料設計方法

有效

• 申請號: 201410831869.0
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN105787144B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 王建偉;王立根;黃國杰;程磊;肖偉;解浩峰;馮雪;解國良
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京北新智誠知識產權代理有限公司 11100
• 代理人: 劉徐紅

本發明涉及一種彈性銅合金的材料設計方法，屬于材料研究方法及技術領域。該方法利用相圖計算方法，建立研究體系的熱力學模型，進行相平衡計算；利用量子力學第一原理，確定體系的穩定相和相結構，計算研究體系指定成分下的彈性性能；利用多元擴散偶實驗方法制備試樣，并對試樣進行高分辨材料性能掃描測試，獲取實驗數據；對實驗和計算數據進行綜合分析和驗證，建立研究體系的合金成分、相組成和彈性性能的關聯；根據數據結果和數據的關聯，進行指定彈性性能的銅合金材料設計。該方法可以快速地獲得銅合金的彈性性能與合金成分、相組成的對應關系；與傳統設計方法相比，該材料設計方法的目的性更強，減少了人力物力的支出，提高了科學研究的效率。

技術領域

本發明涉及一種彈性銅合金的材料設計方法，利用該方法能夠高效快捷地獲取彈性銅合金的彈性性能與合金成分、相組成的對應關系，進而根據實際對彈性性能的需要，進行彈性銅合金的材料設計，屬于材料研究方法及技術領域。

背景技術

鈹銅合金被譽為“有色彈性材料之王”，具有優異的彈性、強度、導電、導熱、耐蝕等性能，被廣泛應用于電子通訊、航空航天、儀表儀器、兵器等工業領域，制作各種高級彈性元件、電子元件和復雜模具。但是，金屬鈹及其化合物具有毒性，可引起人或動物的急、慢性鈹中毒。在鈹銅合金材料的加工、使用及回收過程中，潛藏著巨大的危害。研發新型無鈹彈性銅合金材料，對于改善生態環境和人的身體健康具有積極意義。

目前，國內外研究學者對這些合金體系開展了比較廣泛的探索，但是由于研究方法的局限性，針對無鈹新型彈性銅合金的基礎理論研究和產品研制存在著一些問題：1.研究的合金體系涉及的合金成分范圍較窄，不能系統、準確地找到添加元素對合金組織性能的影響規律；2.難以將用不同研究方法獲取的研究成果建立可靠的數據關聯，研究成果對實際應用的指導作用有限；3.彈性銅合金材料種類繁多，用傳統研究方法難以獲得系統全面的實驗數據。

為此，避免盲目的“炒菜式”材料設計方法，開發新的彈性銅合金的材料設計方法，高效快捷地獲取這些彈性銅合金體系的彈性性能與合金相組成、成分的對應關系，對于彈性銅合金的彈性機理認識和產品研發具有重要意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種用于設計新型多元彈性銅合金材料的系統方法，通過該材料設計方法，可以快速地獲得銅合金的彈性性能與合金成分、相組成的對應關系，進而針對性地進行期望彈性性能的銅合金的合金設計。與傳統材料設計方法相比，該材料設計方法的目的性更強，減少了人力物力的支出，提高了科學研究的效率。用這種方法進行新型彈性銅合金材料的研發和相關機理問題的研究具有很強的實用價值。

一種彈性銅合金的材料設計方法，包括如下步驟：

(1)利用相圖計算方法，建立研究體系的熱力學模型，進行相平衡計算；

(2)利用量子力學第一原理，確定體系的穩定相和相結構，計算研究體系指定成分下的彈性性能；

(3)利用多元擴散偶實驗方法制備試樣，并對試樣進行高分辨材料性能掃描測試，獲取實驗數據；

(4)對上述實驗和計算數據進行綜合分析和驗證，建立研究體系的合金成分、相組成和彈性性能的關聯；

(5)最后根據數據結果和數據的關聯，進行指定彈性性能的銅合金材料設計。

步驟(1)中，根據實驗數據，優化所研究銅合金體系的熱力學模型參數，其中非凝聚態采用替代模型進行描述，凝聚態采用雙亞晶格模型進行描述；利用所建立的熱力學模型，計算銅合金體系的合金成分和相應的相組成。

步驟(2)中，利用量子力學第一原理計算合金相的穩定性；采用應力-能量法或應力-應變法計算合金相的彈性常數，進而計算合金的單相彈性模量；然后結合ROM、IROM、Weng模型和相圖計算的相比例結果，計算多晶多相的合金彈性模量。