填充烧结法制备多孔铜合金及性能研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hu_20092009
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多孔金属因为其特殊的孔洞结构,作为结构和功能材料,在众多的工业以及生活领域获得了大量的应用。目前,多孔金属的制备以及表征经过70多年的研究已有了非常大的进步,但是,对于填充烧结法制备多孔铜合金的研究还相对较少。因此,本研究将高能球磨法(MA)与填充烧结法相结合制备多孔Cu-Sn、Cu-Cr合金。先对填充烧结法制备多孔铜进行了研究,确定合理的工艺参数。然后,对混合粉末进行球磨,以期在前期制备出性能较好的复合粉末,通过对粉末的性能测试、粒度分布测试、形貌观察、XRD分析,研究粉末的形貌以及性能经过不同时间的球磨处理后的变化,从中选出合适的复合粉末进行填充烧结。根据前期确定的工艺参数,制备不同合金含量的多孔铜合金,然后对其进行表征测试,研究合金含量对多孔铜合金制备的影响。所得到结果如下:(1)K2C03的分解温度在880℃左右,采用K2CO3作为造孔剂制备多孔铜时,合适的烧结温度为900℃~975℃之间,温度太高会使坯体发生熔化坍塌;粉末的制坯压力在50MPa~1OOMPa之间合理,因为压力在200MPa时,K2C03颗粒会发生破碎,在150MPa时,烧制的试样表面产生了裂纹;保温时间在1~3h之间对试样的孔隙率影响不大,说明烧结1h后,粉末已基本完成了粘结和长大阶段。(2)Cu-Sn粉末在球磨20min时,流动性较好,松装密度最高,平均粒径达到最小,并且没有出现明显的团聚颗粒,可以观察到部分铜粉包覆锡粉表面,还有一部分镶嵌在锡粉中,实现了简单的复合。此时粉末中含有Cu相、Sn相,而在30~40min时,颗粒粒径又有所增大,并且出现了Cu6Sn5相。通过对Cu-Cr粉末球磨后的测试分析,得出在球磨6h时,粉末具有较好的流动性以及松装密度,同时,此时较大的Cr粉颗粒已明显破碎,粉末平均粒径较小,通过XRD分析发现粉末中有部分Cr固溶到Cu中。(3)填充烧结法成功制备了多孔Cu-Sn合金,最终选定烧结温度为900℃,孔洞成型较好,分布均匀。Sn元素在基体中分布均匀,没有发现明显偏聚。随着Sn的添加量增加,多孔铜合金的孔隙率逐渐下降,但是相差不大;基体中含有Cu相、Cu3Sn相、Cu6Sn5相、Cu31Sn8相;Sn的加入使压缩曲线相比于纯铜发生上移,其压缩性能变强。同时,随着Sn含量的增加,弹性阶段的曲线斜率越大,其抗塑性变形的能力越强。但是,Sn的添加对曲线各阶段对应的应变范围分布没有太大影响,说明其延展性没有太大改变。采用975℃成功制备出了 Cr含量在0.2%~0.8%的多孔Cu-Cr合金。外观成型良好,内部孔洞分布均匀,未出现塌陷。发现Cr的含量对孔隙率影响不大,对孔径大小没有影响。基体中仅含有Cu相以及Cr相,并未生成合金相。基体中弥散分布着未溶于Cu中的Cr以及冷却过程中从Cu中析出的Cr相。Cr含量在0.4%~0.8%之间时有利于提高了多孔铜的压缩性能,但是降低了其延展性。而在0.2%时,抗压能力相比于多孔铜却有所降低。
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