覆銅B4C顆粒SPS燒結鋁基復合材料的腐蝕及磨損性能研究.pdf

1、鋁基碳化硼復合材料有著優(yōu)良的功能性和結構性，被廣泛應用于航天航空、汽車以及核電等領域。但在使用傳統(tǒng)方法制備復合材料時，由于碳化硼作為增強相與鋁基體間的潤濕性差，無法形成有效結合，造成了材料性能的降低。本文采用化學鍍銅的方法在碳化硼顆粒表面鍍覆了一層沉積銅，利用鍍銅層作為過渡來實現(xiàn)增強體碳化硼顆粒與鋁合金基體間的結合；使用放電等離子燒結技術制備了不同覆銅碳化硼含量的復合材料。
　　碳化硼化學鍍銅主要分為鍍前預處理和鍍銅兩部分，通過分

2、析鍍前清洗、敏化處理、活化處理、鍍銅液成分、鍍液溫度、pH等對鍍銅效果的影響，對鍍銅工藝參數(shù)進行優(yōu)化，成功得在碳化硼表面實現(xiàn)了覆銅。試驗得到的最佳鍍銅液參數(shù)為：10g/L(CuSO4)，15ml/L(HCHO)，20g/L(C4O6H2KNa)和25g/L(EDTA)，15mg/L(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，10g/L(Na2CO3)；化學鍍的最佳溫度為50℃，pH值為12-12.5。對化學鍍銅后的碳化硼顆粒進行顯微形貌觀察(

3、SEM)以及X射線能譜分析(EDS)，可知經過鍍銅后的碳化硼粉末中，鍍銅層在顆粒表面分布均勻且銅的質量分數(shù)在15％以上。
　　采用優(yōu)化工藝后的放電等離子燒結技術制備了質量分數(shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%的覆銅碳化硼鋁基復合材料。使用掃描電子顯微鏡觀察了復合材料的顯微形貌，并對不同含量復合材料的物相和成分進行了分析出現(xiàn)了 Al2Cu相。對復合材料的抗彎強度進行測試，與未鍍銅碳化硼顆粒制備的復合材料相比，鍍銅顆粒制備的

4、復合材料抗彎強度更高，升高程度在6%-20%；結合復合材料的內部結構，認為是由于鍍銅層與基體間發(fā)生反應，產生了結合，從而提高了復合材料的性能。
　　鋁基碳化硼復合材料廣泛應用于乏燃料儲存等方面，其工作環(huán)境為在硼酸水溶液中浸泡，并且要求工作壽命達8000h以上，因此使用電化學腐蝕試驗對復合材料的耐蝕性能進行檢測。綜合分析下來可知覆銅碳化硼復合材料的耐蝕性比鋁基碳化硼更好。結合腐蝕后復合材料表面的微觀形貌以及模擬電路，得出加入鍍銅層提

5、升耐蝕性的可能原因：顆粒表面的鍍銅層在制備過程中與鋁基體反應生成了第二相 Al2Cu，Al2Cu本身并不會減緩鋁基體的腐蝕，主要作用應該是通過覆銅層的鋁基體的反應結合填補了碳化硼顆粒與基體間的縫隙，并且覆銅層在燒結后會在碳化硼表面生成氧化膜，與鋁基體表面的氧化膜緊密結合，減少了復合材料表面氧化膜的縫隙，最終使得材料的耐蝕性得到了提升。
　　對覆銅碳化硼鋁基復合材料的耐磨損性能進行了研究，使用高速往復摩擦磨損的方法對復合材料的磨損性