铜镍钴硅合金界面特性对应力松弛行为的影响机制及其高温稳定性研究

本文系统研究了Cu-1.5Ni-1.1Co-0.6Si合金在200-300°C高温条件下的应力松弛行为，通过第一性原理计算揭示了Co原子取代Ni2Si相中Ni位点形成(Co,Ni)2Si纳米析出相的界面强化机制。研究发现：(1)位错恢复是应力松弛主因；(2)Co的引入降低析出相Gibbs自由能并提升界面粘附能；(3)(Co,Ni)2Si相比δ-Ni2Si具有更优的热稳定性。该研究为开发高性能导电弹性元件提供了理论支撑。

　　

Highlight

Cu-1.5Ni-1.1Co-0.6Si合金展现出显著的时效硬化特性。在450°C时效2小时后，其屈服强度达到650MPa。透射电镜(TEM)分析证实，这种硬化主要源于(Co,Ni)₂Si纳米析出相的形成。在峰值时效状态下，平均尺寸约6nm的(Co,Ni)₂Si相均匀分布，显著提升了材料强度。

应力松弛行为分析

随着加载时间延长，施加应力呈现渐进式下降。高温环境下，热激活的原子扩散降低了位错运动所需临界应力，加速了位错重组和湮灭过程。值得注意的是，(Co,Ni)₂Si析出相的生长受到显著抑制，这使其能持续有效地阻碍位错运动，从而延缓松弛进程。

结论

通过第一性原理计算，我们深入解析了Ni₂Si和(Co,Ni)₂Si相的表面与界面特性，主要发现包括：

1. 温度升高会增强原子热运动，促进位错攀移和交滑移；

2. Co原子取代Ni₂Si晶格中的Ni位点，形成更稳定的(Co,Ni)₂Si相；

3. 这种原子置换显著提高了析出相与铜基体的界面结合能，有效抑制了高温下的析出相粗化。