原位ZrO2-Cu復(fù)合材料的成型工藝及其組織與性能研究.pdf

1、本文選用具有高硬度、耐磨性好且熱膨脹系數(shù)較低的ZrO2顆粒作為增強(qiáng)相,采用內(nèi)氧化和熱壓燒結(jié)、粉末熱擠壓相結(jié)合的方法制備了ZrO2/Cu復(fù)合材料,并研究了冷變形對其組織及性能的影響。首先以高純電解銅及銅鋯中間合金為原料,采用非真空熔煉和高壓水霧化法制備Cu-0.6％Zr(質(zhì)量分?jǐn)?shù))合金粉末,經(jīng)粒徑分選后進(jìn)行低溫內(nèi)氧化、N2+5%H2(體積分?jǐn)?shù))混合氣體還原,得到Cu-ZrO2復(fù)合粉末;然后采用放電等離子燒結(jié)(SparkPlasmaSint

2、ering,簡稱SPS)和粉末包套熱擠壓兩種工藝制備了ZrO2顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料,探討了不同制備工藝下的各種參數(shù)對ZrO2/Cu復(fù)合材料組織和性能的影響,優(yōu)化了制備工藝參數(shù);此外還研究了ZrO2/Cu復(fù)合材料的高溫抗軟化性以及冷變形對其組織和性能的影響。
　　首先,通過水霧化法制備銅鋯合金粉末,鋯含量為0.6%,該合金粉末在230℃氧化1h、250℃還原1h后得到Cu-ZrO2復(fù)合粉末。通過XRD衍射圖譜,分析了Cu-ZrO2復(fù)

3、合粉末的物相組成,結(jié)果表明該復(fù)合粉末主要由α-Cu基體組成;但復(fù)合粉末中Cu的晶格常數(shù)為0.36167nm,比純Cu(0.36150nm)的晶格常數(shù)略大,說明復(fù)合粉末中存在Zr的固溶相。
　　其次,以Cu-ZrO2復(fù)合粉末為原料,通過放電等離子燒結(jié)的方法制備出ZrO2/Cu復(fù)合材料。SPS燒結(jié)法制備ZrO2顆粒增強(qiáng)銅基復(fù)合材料的最佳工藝參數(shù)為:燒結(jié)溫度900℃、燒結(jié)時間2h、燒結(jié)壓力30MPa;以Cu-ZrO2復(fù)合粉末為原料,在擠

4、壓溫度900℃,擠壓速度300mm/min時,采用粉末包套熱擠壓法以不同的擠壓比制備了ZrO2/Cu復(fù)合材料。擠壓比越大,ZrO2/Cu復(fù)合材料的綜合性能越好。相對于放電等離子燒結(jié)(SPS),采用粉末包套熱擠壓法可以制備出綜合性能更好的ZrO2/Cu復(fù)合材料。
　　最后,研究了冷變形對ZrO2/Cu復(fù)合材料性能的影響。Φ32mm的銅棒材拉拔變形43.75%后,其硬度從83.94HV增加到116.75HV,增幅為39%,導(dǎo)電率達(dá)到8