纳米AlN颗粒弥散增强铜基复合材料的制备及性能研究

本文采用高能球磨结合放电等离子烧结法制备了含不同质量分数AlN的AlN/Cu复合材料。研究了AlN质量分数对AlN/Cu复合材料微观形貌、相对密度、显微维氏硬度、拉伸强度、延伸率及导电性能的影响。结果表明:当AlN质量分数1.0%时,随着AlN质量分数的提高,复合材料的硬度、抗拉强度提高,断后伸长率、电导率降低。但当AlN质量分数为1.0%时,AlN/Cu复合材料相对密度为97.8%,显微硬度和抗拉强度分别达到了HV 119.5和259.7 MPa,电导率为49.30 mS·m~(-1),综合性能达到最优。     

真空热压制备W-50%Cu复合材料

采用真空热压制备了W-50%Cu复合材料,对其性能进行了测试,并利用SEM对其微观组织和断口形貌进行了观察与分析.结果表明:在30MPa压力下进行950℃×2h烧结,获得了相对密度达99.6%的W-50%Cu复合材料,其显微硬度、电导率和抗弯强度分别达到133HV、68.9%IACS和285MPa;W-50%Cu复合材料的抗弯断裂表现出塑性断裂特征,其断裂方式主要为沿晶断裂,并伴随少量的穿晶断裂.     

纳米钨铜复合粉末的制备及其烧结行为研究

以钨酸钠和硝酸铜为原料,采用水热合成-共还原法制备钨铜复合粉末,再通过真空热压烧结法制备钨铜复合材料,并研究了钨铜复合粉末的结构形貌,以及经不同温度热处理后钨铜复合材料的显微形貌、物性特征。结果表明:采用水热合成-共还原法可制得粒度尺寸约为70nm且颗粒分布均匀的纳米级钨铜复合粉末。钨铜复合粉末经加压烧结及热处理后可得到W相和Cu相紧密结合、Cu相均匀分布在W相周围的钨铜复合材料,其在热处理温度为950℃时致密度最高,达到99.2%;在热处理温度为800℃时导电率最高,达到46.5%IACS;在热处理温度为900℃时布氏硬度最高,达到HB285。     

铜-石墨复合材料性能与石墨形状和粒径的相关性研究

以电解铜粉、鳞片状石墨粉及不同粒径的近球形石墨粉为原料,通过真空热压烧结工艺制备得到铜-石墨复合材料,并研究石墨形状、粒径对其显微组织、密度、致密度、电导率、硬度及抗压强度等性能的影响;在销盘式摩擦磨损试验机上考察其摩擦磨损性能,通过分析样品磨损表面的形貌,研究石墨形状和粒径对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:相比鳞片状石墨粉,采用相同粒径的近球形石墨粉有利于提高复合材料的致密度,获得更优异的力学性能,其抗压强度可以提高近65 MPa;随着近球形石墨粒径从19μm减小到4μm,复合材料的致密度、电导率、硬度、抗压强度和摩擦因数均逐渐降低,同时磨损量逐渐增大,其中,复合材料的电导率从28.6%IACS降低至20.6%IACS,抗压强度也降低约30 MPa。     

热轧石墨烯增强铜铬锆复合材料微观组织与性能

石墨烯/铜铬锆基复合材料具有优良的性能,石墨烯在基体中的分布情况直接影响复合材料的物理性能和力学性能。采用放电等离子烧结（SPS）法和轧制工艺制备了不同石墨烯含量的石墨烯/铜铬锆基复合材料（GNP/CuCrZr基复合材料）,研究了复合材料的显微组织形貌,并对复合材料的致密度、硬度、导电率进行了分析。根据复合材料的力学性能和拉伸断口形貌,分析了复合材料热轧前后的断裂机制。结果表明：SPS后,GNP随机分布在CuCrZr基体中,此时复合材料晶粒较粗大;热轧后复合材料发生再结晶现象,晶粒尺寸减小,GNP沿着轧制方向定向排列并均匀的分布在晶界处。热轧有效改善了GNP/CuCrZr基复合材料的致密度,且随着石墨烯含量的增加,改善效果越明显。轧制态0.25%GNP/CuCrZr基复合材料致密度达到了99.8%。轧制后复合材料的强度和塑性大幅度增加,轧制态0.25%GNP/CuCrZr基复合材料的抗拉强度为272 MPa,延伸率为34%,与烧结态的复合材料相比分别提高了3.0%和143%。烧结后复合材料断裂机制为脆性断裂,而轧制后变为韧性断裂。     

石墨鳞片表面镀铬对石墨鳞片/铜复合材料组织和性能的影响

通过盐浴镀覆在石墨鳞片表面镀铬，随后采用真空热压烧结技术制备了镀铬石墨鳞片/铜复合材料，研究了铬镀层的表面形貌和物相组成，并分析了铬镀层对石墨鳞片/铜复合材料显微结构和性能的影响。结果表明，盐浴镀铬层主要由Cr₃C₂和Cr₇C₃组成，经热压烧结后Cr₇C₃与石墨反应生成了Cr₃C₂；石墨鳞片表面镀铬可以明显减少石墨鳞片/铜复合材料界面处的孔隙，提高复合材料的热导率和抗弯强度，与未镀覆的复合材料相比，当镀铬石墨鳞片的体积分数为60%时，复合材料平面热导率相从594 W·m-1·K-1提高至625 W·m-1·K-1，抗弯强度提升65%。     

MoS_2含量对Cu/Cu-MoS_2功能复合材料组织及性能的影响

采用真空热压法制备不同MoS2含量的Cu/Cu-MoS2功能复合材料,测定其密度、硬度和电导率,并用MMU-5GA微机控制真空高温摩擦磨损试验机测试其摩擦磨损性能,通过扫描电镜对试样显微组织及磨损形貌进行观察,并进行能谱分析。结果表明:通过真空热压法制备的功能复合材料组织均匀、过渡层明显,Cu层与耐磨层的过渡平稳,界面结合强度较高;烧结过程中,Cu与部分MoS2发生反应,烧结产物主要为复杂的CuS-Mo化合物及单质Mo;随着MoS2含量的增加,材料的电导率和密度下降,硬度及耐磨性提高;单质Mo及MoS2对材料的耐磨性影响较大,当耐磨层含3%质量分数的MoS2时,功能复合材料的电导率与耐磨性有较好的配合。     

放电等离子烧结制备镍掺杂石墨-铜复合材料组织性能研究

通过超声波分散结合行星球磨对复合粉末进行混料，利用放电等离子烧结技术（SPS）制备镍掺杂石墨-铜复合材料。运用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、硬度计和摩擦磨损试验机等方法，研究了不同镍掺杂含量对石墨-铜复合材料组织和力学性能的影响。结果表明:通过该工艺制备石墨-铜复合材料石墨均匀分散于铜基体，并与铜基体形成良好的界面结合。随着镍掺杂含量的增加，石墨-铜复合材料相对密度和硬度逐渐增加。当镍掺杂含量（指质量分数）为7.0%时，石墨-铜复合材料相对密度为95.2%，HV_0.5硬度为53.4，摩擦系数相对较低，磨损表面较光滑，此时综合性能较好。      

混合实验法在W-Ni-Cu合金组分设计中的应用

采用极端顶点设计法设计W-Ni-Cu合金组分,将组分自变量与相对应的性能因变量(相对密度、显微硬度、抗弯强度)进行回归分析和规划求解,同时采用冷压烧结法制备不同组分的W-Ni-Cu合金,测定合金的密度、显微硬度和力学性能,研究组分对合金性能的影响。结果表明:回归方程复相关系数R~2=1,方程精确度高;合金性能随组分变化而呈规律变化;当Ni含量与Cu含量(均为质量分数)分别为3%和5%时,合金的综合力学性能最佳:相对密度为94.295%、显微硬度286.55、抗弯强度931.51 MPa。W-Ni-Cu合金的相对密度计算值与实验结果的误差为-0.45%~0.06%,显微硬度计算值与实验结果的误差为-8.48%~4.46%,抗弯强度计算值与实验结果的误差为-5.19%~4.15%。误差很小,说明混合实验和极端顶点设计法能优化W-Ni-Cu合金组分,并可靠预测合金性能。     

WC-Al2O3复合材料热压烧结工艺的改进

材料致密度的高低和晶粒的大小直接影响材料的力学性能和使用性能。为了进一步提高WC-Al2O3复合材料的致密度和控制晶粒尺寸,利用改进的普通热压烧结工艺,即二阶段热压烧结工艺对WC-Al2O3复合材料进行烧结,研究确定最佳二阶段烧结工艺及其对复合材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,WC-Al2O3复合材料的最佳二阶段热压烧结工艺为TSS3,即T1=1 600℃,T2=1 450℃,t2=6 h。在TSS3烧结制度下制备的WC-Al2O3复合材料,其致密度(TD)为99%,WC晶粒尺寸为2.38μm,维氏硬度为19.71 GPa,断裂韧性为12 MPa·m1/2,抗弯强度为1 285.03 MPa。与普通热压烧结制度下制备试样的力学性能相比,晶粒尺寸有所减小,致密度、硬度、断裂韧性和抗弯强度均有较明显提高。     

GdB6对热压烧结B4C材料性能的影响

对热压烧结法制备的B4C-GdB6材料进行了性能测试.结果表明在GdB6添加量为2%～8%的范围内,随其添加量的增加,B4C-GdB6材料的硬度增加,比单一B4C材料增加了78%;抗弯强度降低;断裂韧性先减小后增大,但变化不大.B4C-GdB6材料的断口扫描电镜分析发现,GdB6的加入改变了单一B4C材料的烧结状态,随添加量的增加,B4C晶粒显著增大,晶粒间排列致密,使孔隙逐渐消失.     

机器人覆盖件用金属陶瓷模具材料的研究

以微米Al₂O₃为主要原料,微米金属Cr和W为主要添加物,采用热压烧结工艺改性制备了机器人覆盖件用氧化铝挤压金属陶瓷模具材料,研究了该金属陶瓷模具材料的强度、断裂韧性、硬度及耐磨性等力学性能,并分析了该材料磨损试样表面的微观结构。结果表明:当微米Al₂O₃添加量（质量分数）为65%,金属Cr和W添加量均为12.5%,烧结温度为1640 ℃时,所制备的试样综合性能最佳,其中相对密度为99.8%,抗弯强度为805.6 MPa,断裂韧性为14.5 MPa·m1/2,硬度为11.2 GPa;金属W和Cr形成的金属第二相在摩擦磨损过程中能产生机械冷焊作用,大大提高了模具材料的耐磨性能。     

WC含量对铁基气门阀座材料性能的影响

本文采用加入WC粉的方法，研究了WC的加入量对粉末冶金高（Cr,Nb,Mo)烧结钢气门阀座合金的硬度，密度，横向断裂强度的影响，以及合金在淬火，回火后硬度的变化，并用SEM研究了合金的组织结构。结果表明：随着WC含量的增加，阀座材料的硬度上升，强度稍有下降，WC的加入对合金淬火，回火后的硬度升高有较明显的作用。     

烧结温度对碳化硅陶瓷力学性能的影响

采用硼、碳助剂无压烧结制备碳化硅陶瓷。针对烧结温度与碳化硅烧结体密度、抗弯强度以及硬度之间的关系进行了试验研究,并对不同温度下制备的烧结体进行了显微结构形貌观察和XRD图谱分析。结果表明,烧结温度在2190～2220℃范围内可以制备密度高、力学性能好的碳化硅陶瓷。其相对密度超过96%;抗弯强度接近400MPa;维氏硬度23GPa以上。在试验温度范围内,密度与抗弯强度之间的关系近似为线性关系,密度越高抗弯强度和硬度性能越好。     

镀钨碳纳米管增强铜基复合材料的制备及性能

采用羰基热分解法对多壁碳纳米管表面进行镀钨处理,并以镀钨碳纳米管和电解铜粉为原料,进行机械球磨混粉和放电等离子体烧结,制备了镀钨碳纳米管/铜基复合材料.采用场发射扫描电镜观察了粉体和复合材料的组织形貌,并对复合材料物相进行了X射线衍射分析.探讨了镀钨碳纳米管含量和放电等离子体烧结温度对复合材料致密度、抗拉强度、延伸率和电导率的影响.结果表明,镀钨碳纳米管质量分数为1%和烧结温度为850℃时,复合材料的致密度、抗拉强度和电导率最高.与烧结纯铜相比,复合材料的抗拉强度提高了103.6%,电导率仅降低15.9%.      

Thermo-mechanical processing of Cu-Cr alloys prepared by using electro slag crucible melting

Cu-Cr ingots of Cr contents of up to 2 Wt % were prepared by melting copper scrap using electroslag crucible melting (ESCM). Chromium addition to copper was carried out by in-situ reduction of chromium oxide present in the slag. The Cu-Cr ingots produced were subjected to up to 90% rolling reduction using different combination of rolling and heat treatment. A range of microstructure and mechanical properties was obtained. Alloys with recrystallised microstructure exhibited lower strength and higher ductility. The alloys prepared by ESCM compare well with Cu-Cr alloys reported in the literature. The ESCM route is more attractive as it uses copper scrap for melting and in-situ reduction of chromium oxide for alloying of chromium. ESCM also enables preparation of alloy with high (up to 2%) Cr content.     

微波烧结对粉末冶金铁基材料性能的影响

采用微波烧结新技术研究了粉末冶金铁基材料的烧结工艺与性能，并同常规真空烧结工艺进行了比较。结果表明：微波烧结粉末冶金铁基材料在1280℃的烧结温度下保温10min时，可达到95．8％的相对密度；烧结温度降低。烧结时间大幅度缩短，且微波烧结制品的孔隙明显减小或消失，硬度、抗弯强度、抗拉强度均有较大幅度提高。     

Co和Cr3C2对硬质合金组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺制备了三种不同Co和Cr3C2含量的硬质合金材料。在常温下分别测量了材料的晶粒度、硬度和抗弯强度,并通过SEM照片等对材料的金相显微组织、断口形貌进行分析。结果表明:硬质合金中粘结相Co含量增多,其硬度下降,抗弯强度升高;微量碳化物Cr3C2在硬质合金中起到细化晶粒的作用,在高钴硬质合金中添加微量碳化物Cr3C2,能使材料具有高硬度、高抗弯强度的良好综合性能。     

超细钼铜复合粉体及细晶钼铜合金的制备

采用“缺碳预还原+氢气深脱氧”方法制备了不同Cu含量（5%、20%、40%,质量分数）的超细Mo–Cu复合粉末。通过高温煅烧钼酸铵和硝酸铜混合物制备了MoO₃和CuO复合氧化物,再利用炭黑预还原脱除煅烧产物（CuMoO₄–MoO₃）中绝大部分氧的方法制备了含有少量MoO₂的超细预还原Mo–Cu复合粉体;少量MoO₂的存在可以极大降低预还原产物中碳的残留;最后,经氢还原脱除残留的氧制备得到超细、高纯度Mo–Cu复合粉体,粉体粒度约为200 nm。以Mo–Cu复合粉体为原料,经过压坯和烧结制备得到细晶Mo–Cu合金。结果表明,经过1200 ℃烧结后,随着Cu质量分数由5%增加到20%,合金相对密度由96.3%增加到98.5%,且Mo、Cu两相分布均匀。Mo–Cu合金硬度随Cu含量的增加而先增加后降低,这是由合金相对密度和铜含量对硬度的影响不同所导致的。随着Cu质量分数由5%增加到40%,Mo–Cu合金的热导率由48.5 W·m?1·K?1增加到187.2 W·m?1·K?1,电导率由18.79% IACS增加到49.48% IACS。