銅-鉻機(jī)械合金化及石墨-(銅-鉻)復(fù)合材料組織與性能研究.pdf

1、石墨/銅復(fù)合材料，不僅導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性優(yōu)異，而且具有良好的抗電弧侵蝕和抗磨損能力以及較高的強(qiáng)度，是一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型材料，尤其是在電接觸材料領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。石墨與銅完全不浸潤，在使用粉末冶金方法制備的復(fù)合材料當(dāng)中，兩者也只是機(jī)械互鎖結(jié)合，其界面強(qiáng)度低，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的性能。因此，如何在保持較高電導(dǎo)率水平的前提下，大幅度地提高強(qiáng)度、硬度和耐磨性的問題已成為銅基復(fù)合材料研究與開發(fā)的重要問題。 有研究發(fā)現(xiàn)，鉻可減小銅和石

2、墨的潤濕角，并且銅鉻合金往往具有較高強(qiáng)度，因此本文通過組分優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用機(jī)械合金化技術(shù)制備Cu-Cr過飽和固溶體合金粉末，并結(jié)合粉末冶金方法制備采用基體合金化方法強(qiáng)化基體的石墨/銅.鉻復(fù)合材料，以開發(fā)高性能銅基自潤滑復(fù)合材料為目標(biāo)，為拓展新型銅基復(fù)合材料的應(yīng)用領(lǐng)域提供技術(shù)保障。本文的研究主要包括以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： (1)采用機(jī)械合金化技術(shù)制備了Cu-5wt％Cr復(fù)合粉體，利用XRD分析了Cu-5wt％Cr復(fù)合粉體機(jī)械合金化過程

3、。結(jié)果表明：隨著球磨時(shí)間的增加，晶粒不斷細(xì)化，Cu-5wt％Cr復(fù)合粉末衍射峰不斷寬化，衍射強(qiáng)度逐漸下降；當(dāng)球磨60h時(shí)，Cr已完全固溶在Cu晶格中。 (2)采用粉末冶金方法制備了石墨/銅復(fù)合材料，探討了制備工藝對(duì)復(fù)合材料致密性的影響。結(jié)果表明：在復(fù)合材料壓制過程中，隨著Cu-5wt％Cr復(fù)合粉體含量的增加，冷壓難度增大。壓制前對(duì)Cu-5wt％Cr復(fù)合粉體進(jìn)行400℃退火處理可部分降低冷壓難度，要保證材料的密度，同時(shí)還需在一定的

4、范圍內(nèi)增加壓制壓力，由此制備出的石墨/銅，鉻復(fù)合材料具有較高的密度，Cu-5％wtCr復(fù)合粉末的強(qiáng)化效果能得以保留。 (3)分析了基體合金化對(duì)石墨/銅復(fù)合材料性能的影響，結(jié)果表明：隨著Cr含量增多，石墨/銅復(fù)合材料硬度提高，抗彎強(qiáng)度先增大后減小，導(dǎo)電性能下降。其原因是在冷壓工藝下，隨著Cu-5wt％Cr復(fù)合粉末含量的增加，復(fù)合材料難以達(dá)到較高密度，從而造成抗彎強(qiáng)度和導(dǎo)電性的損失。當(dāng)復(fù)合材料中Cr含量小于1％時(shí)，復(fù)合粉末則能有效地

5、增強(qiáng)基體，而使得電阻率只有小幅度的增加。 (4)探討了基體合金化對(duì)(7.5％)C/Cu-Cr復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響。結(jié)果表明：隨著Cr含量的增加，復(fù)合材料摩擦系數(shù)增加；當(dāng)基體中Cr含量小于2.0％時(shí)，復(fù)合材料具有較高的強(qiáng)度和合適的硬度，摩擦副之間能夠形成良好的復(fù)合固體潤滑膜，有效地降低了磨損量，特別是當(dāng)Cr含量為1.0％時(shí)，復(fù)合材料耐磨性最好；當(dāng)Cr含量超過2.0％時(shí)，復(fù)合材料強(qiáng)度降低，硬度增加，磨損機(jī)制以磨粒磨損為主，Cr