顆粒增強銅基復(fù)合材料的制備工藝與其組織性能的研究

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1、摘要摘要銅合金因其良好的物理性能和適中的價格而作為導(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)電材料的強度和導(dǎo)電性能提出了越來越高的要求，特別是要求材料具有良好的耐高溫性能。顆粒增強的銅基復(fù)合材料因其綜合了銅基體的優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和陶瓷顆粒增強相的高強度、高模量、耐高溫的特性，成為研制高強高導(dǎo)電材料的較佳選擇。但目前國內(nèi)仍沒有成熟的制備工藝用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，限制了這類材料的廣泛應(yīng)用，因此研究顆粒增強的銅基復(fù)合材料的制備工藝極具現(xiàn)實意

2、義。本課題選用VC陶瓷顆粒，采用傳統(tǒng)的熔鑄工藝制備了VC顆粒增強銅鉻鋯基復(fù)合材料（VC/CuCrZr）。通過增強相的復(fù)合強化和基體的彌散強化作用，在保持較高的導(dǎo)電性的前提下提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。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，分析了復(fù)合材料的組織形貌和相組成，探討了熱處理強化工藝對復(fù)合材料組織和性能的作用，并研究了VC顆粒含量對復(fù)合材料組織和性能的影響。試驗對部分VC顆粒采用了超聲波化學(xué)鍍的方法，通過對增強粒子的表面鍍鎳以期增加增強體與銅基體的潤濕性和結(jié)合力，并通過對最終材料性能的比較分析探討

3、了化學(xué)鍍鎳的可行性與必要性。熔鑄法制備的VC/CuCrZr復(fù)合材料的鑄態(tài)組織為樹枝晶，VC顆粒于樹枝晶晶間均勻分布；但經(jīng)鍛打、固溶后，VC顆粒均勻分布于晶粒內(nèi)部。2wt％、4wt％和6wt％VC/CuCrZr復(fù)合材料經(jīng)最佳固溶時效工藝處理后硬度和導(dǎo)電率分別對應(yīng)為115HB、90.5％IACS，125HB、87.9.2％IACS和131HB、86.3％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的等軸韌窩，韌窩底部的許多顆粒已脫落，斷裂機理為微孔聚集型，VC顆粒即為裂紋源。經(jīng)測試VC/CuCrZr復(fù)合材料的抗拉強度分別為361.0M

4、Pa、386.9MPa和375.4MPa。關(guān)鍵詞：銅基復(fù)合材料；熔鑄法；VC；化學(xué)鍍；時效處理；彌散強化。I學(xué)號：05060209文摘：銅合金因其良好的物理性能和適中的價格而作為導(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)電材料的強度和導(dǎo)電性能提出了越來越高的要求，特別是要求材料具有良好的耐高溫性能。顆粒增強的銅基復(fù)合材料因其綜合了銅基體的優(yōu)良導(dǎo)電導(dǎo)熱性能和陶瓷顆粒增強相的高強度、高模量、耐高溫的特性，成為研制高強高導(dǎo)電材料的較佳選

5、擇。但目前國內(nèi)仍沒有成熟的制備工藝用于指導(dǎo)工業(yè)生產(chǎn)，限制了這類材料的廣泛應(yīng)用，因此研究顆粒增強的銅基復(fù)合材料的制備工藝極具現(xiàn)實意義。本課題選用VC陶瓷顆粒，采用傳統(tǒng)的熔鑄工藝制備了VC顆粒增強銅鉻鋯基復(fù)合材料（VC/CuCrZr）。通過增強相的復(fù)合強化和基體的彌散強化作用，在保持較高的導(dǎo)電性的前提下提高了復(fù)合材料的力學(xué)性能。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，分析了復(fù)合材料的組織形貌和相組成，探討了熱處理強化工藝對復(fù)合材料組織和性能的作用，并研究了VC顆粒含量對復(fù)合材料組織和性能的影響。試驗對部分VC

6、顆粒采用了超聲波化學(xué)鍍的方法，通過對增強粒子的表面鍍鎳以期增加增強體與銅基體的潤濕性和結(jié)合力，并通過對最終材料性能的比較分析探討了化學(xué)鍍鎳的可行性與必要性。熔鑄法制備的VC/CuCrZr復(fù)合材料的鑄態(tài)組織為樹枝晶，VC顆粒于樹枝晶晶間均勻分布；但經(jīng)鍛打、固溶后，VC顆粒均勻分布于晶粒內(nèi)部。2wt％、4wt％和6wt％VC/CuCrZr復(fù)合材料經(jīng)最佳固溶時效工藝處理后硬度和導(dǎo)電率分別對應(yīng)為115HB、90.5％IACS，125HB、87.9.2％IACS和131HB、86.3％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的等軸韌窩，

7、韌窩底部的許多顆粒已脫落，斷裂機理為微孔聚集型，VC顆粒即為裂紋源。經(jīng)測試VC/CuCrZr復(fù)合材料的抗拉強度分別為361.0MPa、386.9MPa和375.4MPa。由于VC陶瓷顆粒增強相與Cu基體本身已具有較好的潤濕性，在VC顆粒表面化學(xué)鍍鎳雖能提高顆粒與基體間的結(jié)合性能，但對VC/CuCrZr復(fù)合材料性能的提升作用并不明顯。隨著VC顆粒以及Cr、Zr合金元素含量的增多，VC/CuCrZr復(fù)合材料的硬度上升，電導(dǎo)率下降。通過對本課題的實驗研究，作者認為通過熔鑄法制備銅基復(fù)合材料是當(dāng)前制備技術(shù)中較切實可行的方法，VC是銅基復(fù)合材料增強相的一個較佳

8、選擇。關(guān)鍵詞：銅基復(fù)合材料熔鑄法VC化學(xué)鍍時效處理彌散強化AbstractABSTRACTBecauseof