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Al2O3弥散强化铜合金因具有高的强度和导电性能以及优越的抗高温软化性能而成为备受瞩目的一种工程材料,在电子、机械、航空等领域有着广阔的应用前景,因此Al2O3弥散强化铜合金的研制和相关性能的研究成为铜合金材料研究的热点之一。为了进一步挖掘该材料潜在的应用价值,拓展其在载流摩擦磨损及电蚀工况条件下的应用范围,本文采用低成本内氧化工艺制备了两种不同Al2O3含量的Al2O3弥散强化铜合金实体材料,将加工的Al2O3弥散强化铜合金及纯铜销试样在HST100型载流高速摩擦磨损试验机上进行了摩擦磨损试验,研究了不同Al2O3含量的Al2O3弥散强化铜合金及纯铜销试样在不同的电流、速度及载荷下的摩擦磨损性能,对比了相同试验条件下Al2O3弥散强化铜合金和纯铜的摩擦磨损性能和磨损形貌变化,并进行了微观组织分析。并将两种不同Al2O3含量的Al2O3弥散强化铜合金工具电极与纯铜工具电极在电火花机床上进行了耐电蚀性能试验,研究材质对工具电极相对消耗量、工件表面粗糙度及加工速度的影响和微观组织变化,从而揭示其电蚀机理。在此基础上,针对Al2O3弥散强化铜合金传统生产工艺(即粉末内氧化+等静压+大变形量热挤压)难以制备大体积规格实体材料的问题,试验研究了Cu-Al合金型材表面内氧化新型工艺,并研究了不同变形量对其组织和性能的影响,从而为扩大该材料在其表面要求高的硬度、耐磨性能和抗电蚀性能等领域的应用奠定基础。
载流摩擦磨损试验结果表明:Al2O3弥散强化铜合金具有比纯铜更加优越的抗摩擦磨损性能,且在试验范围内Al2O3弥散强化铜合金的磨损率和摩擦系数均随着Al2O3含量的增加而降低。电流、载荷和速度的增加均导致材料的磨损率增加,而电流的增加导致材料摩擦系数增大,载荷和速度的增加均引起材料摩擦系数的降低。电蚀试验结果表明:Al2O3弥散强化铜合金工具电极与纯铜工具电极的加工速度基本一致,而Al2O3弥散强化铜合金工具电极的损耗和工件表面粗糙度均小于纯铜工具电极,且在试验范围内Al2O3弥散强化铜合金工具电极损耗和工件表面粗糙度均随Al2O3含量的增加而降低。Cu-Al合金平板试样表面内氧化试验结果表明:Cu-Al合金平板试样内氧化处理后,合金表面硬度与合金导电率得到大幅度提高;随着变形量的增加,合金表面硬度值急剧升高,而合金导电率随着变形量的增加则略有下降。
综上所述,Al2O3弥散强化铜合金不仅具有高的强度和高的导电性能,而且具有优越的载流摩擦磨损性能和抗电蚀性能,是电力机车导线、高压开关触头和大型发电机电电接触元件的理想材料。同时新型表面内氧化工艺的试验研究为加速该材料产业化进程提供了一种新的方法。