Ti3AlC2/Cu复合材料的制备及其性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeff1986928
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铜基复合材料在航空航天、机械、电气等领域都有着广泛的应用。三元层状陶瓷Ti3AlC2是一种新型陶瓷,同时具有陶瓷和金属的优异性能,更重要是还具有像石墨和MoS2一样的自润滑性,可以作为金属铜的理想增强相。本文研究了Ti3AlC2颗粒表面化学镀铜的工艺,并采用热压的方法制备了Ti3AlC2/Cu复合材料,测试了复合材料的密度、导电率、硬度、抗弯强度和摩擦磨损性能,利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)对复合材料的微观组织结构进行了观察,分析复合材料的组织结构与物理性能、力学性能和摩擦磨损性能的关系。通过研究还原剂、装载量和镀液温度对Ti3AlC2颗粒表面镀铜形貌的影响,得出了最佳镀铜工艺为:pH为12~13、装载量为4~5g/L、甲醛浓度为10~15ml/L、温度为65℃,在此条件下得到均匀致密镀铜层的厚度约为500~900nm。B3AIC2颗粒表面镀铜可以改善颗粒与铜基体的界面润湿性,增强界面结合力,提高材料的致密度,同时提高复合材料的物理性能和力学性能。不同Ti3AlC2含量的镀铜与未镀铜复合材料的致密度、导电率、硬度和抗弯强度随颗粒含量变化趋势相同,但相同Ti3AlC2颗粒含量下镀铜复合材料的性能要优于未镀铜的复合材料。复合材料的致密度和导电性随着Ti3AlC2颗粒含量的增加逐渐降低,当颗粒含量增加到25Vol.%时,镀铜复合材料的致密度达到96.35%,镀铜复合材料的导电率为6.203×106Ω-1·m-1,相对于未镀铜的导电率提高了44.16%。Ti3AlC2颗粒含量到达25Vo1.%时,镀铜复合材料的抗弯强度为464MPa,相对于未镀铜的强度提高了89.39%。复合材料的摩擦系数随着载荷的增加逐渐降低,磨损率却呈上升趋势。当载荷相同时,镀铜复合材料的摩擦系数和磨损率都要比未镀铜的要低。载荷为120N时,15Vol.%镀铜复合材料的摩擦系数约为0.15,相对于未镀铜的降低了33.33%;镀铜复合材料的摩擦磨损率为7.670×10-5mm3/N·m,相对于未镀铜的降低了21.93%。
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