顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的制備及組織性能研究.pdf

1、銅基復(fù)合材料因其良好的物理性能和適中的價格作為導(dǎo)電、導(dǎo)熱功能材料被廣泛的用做電工、電子材料，可作為集成電路的引線框架、燈絲引線、電阻焊電極、電動機(jī)電刷、電觸頭、高速列車架空導(dǎo)線等。但隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，對導(dǎo)電材料的強(qiáng)度和導(dǎo)電性能提出了越來越高的要求，特別是材料的耐高溫性能。而顆粒增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料因其綜合了銅基體的優(yōu)良導(dǎo)電性能和陶瓷顆粒增強(qiáng)相的高強(qiáng)度、高模量、耐高溫的特性，成為研制高強(qiáng)高導(dǎo)電材料的較佳選擇，但目前國內(nèi)仍沒有成熟的制備

2、工藝用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)而限制了這類材料的廣泛應(yīng)用，因此研制顆粒增強(qiáng)的銅基復(fù)合材料的制備工藝極具現(xiàn)實意義。 本課題采用了兩種不同的制備工藝：液/液原位合成法和熔鑄法。 ①從熱力學(xué)角度出發(fā)，分析了TiB2顆粒在銅基體中原位生成的熱力學(xué)條件，并選用電解銅、Cu-B和Cu-Ti中間合金為原料，兩種合金分別同時熔煉，采用液/液原位反應(yīng)的方法制備了不同含量(2wt％、3wt％和5wt％)的TiB2/CuCrZr復(fù)合材料。 ②采

3、用超聲波化學(xué)鍍的方法在2μm～4μm的VC陶瓷顆粒表面化學(xué)鍍鎳，以獲得包覆鎳的VC復(fù)合粉體，并利用傳統(tǒng)的熔鑄工藝制備了VC/CuCrZr復(fù)合材料。通過JEOL－JSM－6480型電子顯微鏡和XRD—6000型X射線衍射儀等測試手段，分析了兩種復(fù)合材料的組織形貌和相組成，并探討了熱處理強(qiáng)化工藝對復(fù)合材料組織和性能的影響。 試驗結(jié)果表明，原位合成的TiB2/CuCrZr復(fù)合材料的鑄態(tài)組織呈明顯的樹枝狀，TiB2顆粒主要沿樹枝晶的晶間

4、分布，呈團(tuán)粒狀和長棒狀，顆粒大小約2μm～8μm；隨著顆粒含量的增加，沿枝晶間分布的TiB2也越來越多，并出現(xiàn)團(tuán)聚長大，且樹枝晶隨顆粒含量的增大而減小。TiB2顆粒能夠明顯提高復(fù)合材料的硬度（強(qiáng)度），且隨著顆粒含量的增加復(fù)合材料的硬度呈先增后減的趨勢，本實驗中TiB2含量為3wt％時的硬度最佳，鑄態(tài)復(fù)合材料的硬度為127.8HV，是常用CuCrZr合金鑄態(tài)硬度的二倍多，但導(dǎo)電率隨顆粒含量的增加而減小。通過對原位復(fù)合材料的強(qiáng)化工藝實驗得出

5、：TiB2含量為2wt％、3wt％和5wt％三種復(fù)合材料的最佳時效工藝和性能分別為500℃×3h (184HV，29.3％IACS)；480℃×3h (206HV，22.2％IACS)； 500℃×2.5h (186.5HV，21.5％IACS)。 采用超聲波化學(xué)鍍的方法對增強(qiáng)體VC顆粒表面施鍍鎳，以增加增強(qiáng)體與銅基體的潤濕性和結(jié)合力，實驗中通過合理控制超聲波的振動時間并配以適當(dāng)?shù)臋C(jī)械攪拌，能夠使VC粉末在施鍍過程中較好的分散于

6、鍍液中，同時可及時排除鍍液中的氣體；鍍覆后的VC表面較原始粉末明顯發(fā)亮，鍍覆層呈胞狀組織。熔鑄法制備的VC/CuCrZr復(fù)合材料的鑄態(tài)組織為樹枝晶，VC顆粒沿晶界均勻分布；但經(jīng)鍛打、固溶后，VC顆粒均勻分布于晶粒內(nèi)部。VC/CuCrZr復(fù)合材料鑄態(tài)硬度為58.7HB，導(dǎo)電率為51.7％IACS，經(jīng)最佳時效工藝（480℃×3h）處理后的硬度為115.3HB，導(dǎo)電率為90.5％IACS；復(fù)合材料的宏觀斷口呈明顯的韌性斷裂，微觀斷口中存在大量