機械合金化結(jié)合熱壓燒結(jié)制備(TiC+TiB2)-Cu復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，但其低的強度、硬度和較差的耐磨性嚴重限制了其工業(yè)化應用，加入纖維、晶須或顆粒狀增強相進行復合化，有望在保持銅材料本身良好的導電導熱性、耐腐蝕性和可加工特性的基礎上大幅提高強度和耐磨性，從而滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。本文通過對Ti-B4C體系進行機械合金化以降低其反應溫度，以使Ti-B4C體系在適合Cu基體的燒結(jié)溫度下實現(xiàn)原位反應，從而制備了(TiC+TiB2)/Cu復合材料。隨后，采用渦流電導儀、維氏硬度計及阿基米

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

3、作用下發(fā)生破碎，導致B4C粉末向Ti粉末中的固溶，獲得尺寸1μm左右細小均勻的單相固溶體粉末，優(yōu)化球磨工藝為：轉(zhuǎn)速300r/min，球磨時間40h。球磨處理未導致Ti-B4C反應的大量發(fā)生，起到了降低Ti-B4C反應溫度的目的，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。
　　2.機械合金化后Ti-B4C體系在熱壓燒結(jié)后的原位反應產(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。熱力學計算表明，Ti-B4C體系生成(TiC+TiB)的反應路徑比(TiC+TiB2)的路徑具有更低的吉布斯自由能變，導致固相燒結(jié)的反應產(chǎn)物為TiC和TiB相；機械合金化后B4C分解形成的B和C原子固溶進入Ti原子中形成Ti-B-C三元混合體系，生成TiB2的反應具有比生成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復合材料的導電率和硬度發(fā)現(xiàn)，最佳的燒結(jié)溫度為900℃，燒結(jié)時間為1h。(TiC+TiB2)/Cu復合材料的顯微組織由銅基體及其內(nèi)部的少量大尺寸團聚物和大量細小彌散分布的顆粒組成，其中大尺度團聚物與基體的界面結(jié)合方式為簡單的機械包裹，而細小的增強顆粒與基體的結(jié)合方式為冶金結(jié)合。隨著增強相含量的提高，大尺度團聚物的數(shù)量明顯增多，導致復合材料的導電率持續(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中所制備的復合材料相比，機械合金化后添加所制備復合材料的導電率從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體系可能存在兩個反應，即Ti-B4C間的原位反應和Ti原子向Cu基體中的固溶，由于機械合金化降低了Ti-B4C體系的反應溫度且提高了混合體系的活性，大量的Ti與B4C發(fā)生反應而不是固溶進入Cu基體，導致復合材料的導