【摘 要】
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为提高铜合金的软化温度,向铜基体内加入硬度高、熔点高、耐磨性好、导电性好的TiB2颗粒来提高复合材料的高温强度是较常用的强化方法,然而采用传统方法制备的TiB2/Cu复合材料常存在增强相分布不均匀、团聚严重等问题。反应喷射沉积是将原位反应和喷射沉积结合起来的一种制备颗粒增强金属基复合材料的新方法,制备的复合材料具有增强相尺寸细小且弥散分布均匀、界面结合良好、工艺简单且成本低。本论文采用喷射沉积法制
【基金项目】
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国家自然科学基金(U1502274,51631002,51501149); 陕西省重点研发计划(No.2017ZDXM-GY-028);
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为提高铜合金的软化温度,向铜基体内加入硬度高、熔点高、耐磨性好、导电性好的TiB2颗粒来提高复合材料的高温强度是较常用的强化方法,然而采用传统方法制备的TiB2/Cu复合材料常存在增强相分布不均匀、团聚严重等问题。反应喷射沉积是将原位反应和喷射沉积结合起来的一种制备颗粒增强金属基复合材料的新方法,制备的复合材料具有增强相尺寸细小且弥散分布均匀、界面结合良好、工艺简单且成本低。本论文采用喷射沉积法制备了TiB2/Cu复合材料,并对喷射沉积中的雾化、反应沉积及致密化过程进行了讨论。在雾化阶段使用铜钛合金研究了雾化工艺参数对粉末粒度分布及形貌的影响,然后对制备的铜钛合金粉末内部形貌、成分、理论固溶度进行了分析;在雾化的基础上使用喷射沉积法制备了 TiB2/Cu复合材料,首先对喷射沉积工艺参数进行了优化,然后对沉积坯进行了成分、组织形貌及性能分析;将制备的沉积坯通过热压烧结和冷变形两种手段进行了致密化处理。实验得出如下结论:(1)气雾化法制备的铜钛合金粉末具有粒度细小、球形度高、异形粉末数量少的特点,雾化压力为5MPa,过热度为300℃,喷嘴直径为4mm是雾化铜钛合金最佳工艺参数。雾化粉末内部由树枝晶和等轴晶组成,50-150μm的粉末内部晶粒尺寸约为10μm。(2)粉末粒径越小,粉末内部晶格畸变程度越大,粉末中钛含量越高,50-100μm粉末理论计算固溶度为2.0wt.%。粉末中钛元素实际含量为2.1wt.%,氧元素含量为0.034wt.%;50-100μm的粉末中钛含量为1.8wt.%。(3)雾化压力为3MPa,喷嘴直径为3.5mm,过热度为300℃,气流量为15L/min是喷射沉积最佳工艺参数,制备的沉积坯密度为8.1g/cm3。喷射沉积法制备的沉积坯不同位置性能不同,边缘区域导电率为10%IACS,硬度为60HB;中心区域导电率较高为22%IACS,硬度在70-80HB之间;沉积坯中钛元素含量为3.0wt.%,硼元素含量在1-1.5wt.%之间;15L/min气流量制备的沉积坯硬度为93HB,导电率为13%IACS,颗粒表面硼粉末和钛元素反应生成了 TiB2相颗粒。(4)热压烧结对沉积坯性能有较大幅度的提高,15L/min气流量制备的沉积坯经过990℃热压烧结后密度为8.5g/cm3,导电率为17.5%IACS,硬度为126HB,抗拉强度为240MPa,断裂方式为脆性断裂;烧结后在晶界处有新的TiB2颗粒生成,但是晶界处TiB2颗粒团聚严重。(5)15L/min气流量制备的沉积坯经过40%变形量冷轧后密度为8.53g/cm3,导电率为20%IACS,硬度为155HB,抗拉强度为520MPa,伸长率为4.1%,断裂方式为脆性断裂。经过40%变形量冷轧后,不同硼含量的沉积坯性能明显升高,随着硼含量的增加,沉积坯的导电率先增大后降低,沉积坯的抗拉强度及伸长率逐渐降低,断裂方式由塑性断裂变为脆性断裂。
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