機(jī)械合金化結(jié)合熱壓燒結(jié)制備(TiC+TiB2)-Cu復(fù)合材料及其性能研究.pdf

1、盡管金屬銅具有許多優(yōu)異性能，但其低的強(qiáng)度、硬度和較差的耐磨性嚴(yán)重限制了其工業(yè)化應(yīng)用，加入纖維、晶須或顆粒狀增強(qiáng)相進(jìn)行復(fù)合化，有望在保持銅材料本身良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、耐腐蝕性和可加工特性的基礎(chǔ)上大幅提高強(qiáng)度和耐磨性，從而滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。本文通過對Ti-B4C體系進(jìn)行機(jī)械合金化以降低其反應(yīng)溫度，以使Ti-B4C體系在適合Cu基體的燒結(jié)溫度下實(shí)現(xiàn)原位反應(yīng)，從而制備了(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料。隨后，采用渦流電導(dǎo)儀、維氏硬度計(jì)及阿基米

2、德排水法測試了(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料的電導(dǎo)率、硬度和密度；在HT-1000摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上對(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料的室溫摩擦磨損性能進(jìn)行了研究；采用SEM和EDS對(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料進(jìn)行了組織觀察和磨損表面形貌分析。在此基礎(chǔ)上，探討了復(fù)合材料中基體與增強(qiáng)體的界面結(jié)合方式以及室溫摩擦磨損機(jī)制。本文得到的主要結(jié)論如下：
　　1.在機(jī)械合金化過程中，Ti粉末先發(fā)生塑性變形包裹B4C粉末，隨后在應(yīng)力

3、作用下發(fā)生破碎，導(dǎo)致B4C粉末向Ti粉末中的固溶，獲得尺寸1μm左右細(xì)小均勻的單相固溶體粉末，優(yōu)化球磨工藝為：轉(zhuǎn)速300r/min，球磨時(shí)間40h。球磨處理未導(dǎo)致Ti-B4C反應(yīng)的大量發(fā)生，起到了降低Ti-B4C反應(yīng)溫度的目的，球磨后的粉體經(jīng)700℃退火處理后獲得TiC和TiB2，從而保證了Ti-B4C體系在合適Cu基體的燒結(jié)溫度下能夠順利反應(yīng)。
　　2.機(jī)械合金化后Ti-B4C體系在熱壓燒結(jié)后的原位反應(yīng)產(chǎn)物為TiC和TiB2相，

4、這與傳統(tǒng)熱壓燒結(jié)生成TiC和TiB相并不一致。熱力學(xué)計(jì)算表明，Ti-B4C體系生成(TiC+TiB)的反應(yīng)路徑比(TiC+TiB2)的路徑具有更低的吉布斯自由能變，導(dǎo)致固相燒結(jié)的反應(yīng)產(chǎn)物為TiC和TiB相；機(jī)械合金化后B4C分解形成的B和C原子固溶進(jìn)入Ti原子中形成Ti-B-C三元混合體系，生成TiB2的反應(yīng)具有比生成TiB更低的吉布斯自由能變，因此球磨后粉末體系在熱壓燒結(jié)過程的產(chǎn)物為TiC和TiB2。
　　3.對比不同燒結(jié)溫度下

5、所制備的(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料的導(dǎo)電率和硬度發(fā)現(xiàn)，最佳的燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)時(shí)間為1h。(TiC+TiB2)/Cu復(fù)合材料的顯微組織由銅基體及其內(nèi)部的少量大尺寸團(tuán)聚物和大量細(xì)小彌散分布的顆粒組成，其中大尺度團(tuán)聚物與基體的界面結(jié)合方式為簡單的機(jī)械包裹，而細(xì)小的增強(qiáng)顆粒與基體的結(jié)合方式為冶金結(jié)合。隨著增強(qiáng)相含量的提高，大尺度團(tuán)聚物的數(shù)量明顯增多，導(dǎo)致復(fù)合材料的導(dǎo)電率持續(xù)降低，但硬度則是先提高隨后幾乎保持不變。
　　4.

6、與直接將Ti-B4C混合粉末添加到Cu中所制備的復(fù)合材料相比，機(jī)械合金化后添加所制備復(fù)合材料的導(dǎo)電率從12.46％IACS增加到47.1%IACS，硬度則從193.3HV降低到143.7HV。熱壓燒結(jié)過程中，Cu-Ti-B4C體系可能存在兩個(gè)反應(yīng)，即Ti-B4C間的原位反應(yīng)和Ti原子向Cu基體中的固溶，由于機(jī)械合金化降低了Ti-B4C體系的反應(yīng)溫度且提高了混合體系的活性，大量的Ti與B4C發(fā)生反應(yīng)而不是固溶進(jìn)入Cu基體，導(dǎo)致復(fù)合材料的導(dǎo)