高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr(-TiB2)合金-復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、Cu-Cr系合金是目前被廣泛研究應(yīng)用的高強(qiáng)高導(dǎo)銅合金，其中以Cu-Cr-Zr合金的性能最為突出。但Cu-Cr-Zr合金仍存在自身的不足，Zr屬于微量合金元素且化學(xué)性質(zhì)活潑，熔煉過(guò)程中極易發(fā)生燒損，導(dǎo)致Zr元素含量較難精確控制，這就提高了生產(chǎn)成本，且限制了該合金的大規(guī)模生產(chǎn)。為此，本文將以Cu-Cr合金為主要研究對(duì)象，從加工工藝與原位生成增強(qiáng)顆粒的角度出發(fā)進(jìn)行研究，制備出高強(qiáng)高導(dǎo)Cu-Cr(-TiB2)合金/復(fù)合材料;并且考慮到高強(qiáng)高導(dǎo)材

2、料的服役環(huán)境，材料的耐磨性能將直接影響其使用壽命，因此，本文還對(duì)Cu-Cr(-TiB2)合金/復(fù)合材料的耐磨性能進(jìn)行分析，研究其在摩擦磨損環(huán)境下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作的能力。
　　本文對(duì)Cu-0.5Cr合金采用熱軋+固溶+低溫軋制+時(shí)效處理的加工方式，探索低溫軋制及時(shí)效工藝對(duì)Cu-Cr合金組織和性能的影響。另外，通過(guò)原位生成的方法制備Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料，并研究其最佳熔煉工藝;分別對(duì)Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料進(jìn)行固溶+時(shí)效處理和熱

3、軋+固溶+常溫軋制+時(shí)效處理的加工方式，研究固溶時(shí)效處理及常溫軋制時(shí)效處理過(guò)程中TiB2顆粒對(duì)材料組織及性能的影響。本文取得如下研究成果:
　　對(duì)鑄態(tài)和軋制時(shí)效態(tài)Cu-0.5Cr合金的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)鑄態(tài)組織中富Cr相較為粗大，大部分析出于晶界并呈線(xiàn)狀分布。低溫軋制Cu-Cr合金基體內(nèi)位錯(cuò)纏結(jié)更加明顯，再結(jié)晶溫度由常溫軋制的450℃降為400℃，經(jīng)時(shí)效處理后基體內(nèi)富Cr相更加細(xì)小彌散，且低溫軋制能夠降低富Cr相的粗化速率。從

4、基體中析出的納米富Cr相為fcc結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)為0.4203nm。
　　低溫軋制Cu-0.5Cr合金經(jīng)450℃時(shí)效120min后達(dá)到峰值硬度167.4HV，顯著高于常溫軋制合金且達(dá)到峰值硬度的時(shí)效時(shí)間更短。該工藝下合金的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到486MPa和531MPa，其中，富Cr相的Orowan強(qiáng)化機(jī)制對(duì)力學(xué)性能的提高起主要作用。經(jīng)時(shí)效處理后，低溫軋制Cu-0.5Cr合金電導(dǎo)率相比于常溫軋制合金出現(xiàn)小幅提高，主要原因?yàn)樵摴に?/p>

5、促進(jìn)Cr原子從基體中析出從而降低基體內(nèi)雜質(zhì)散射的程度。
　　低溫軋制Cu-0.5Cr合金磨損率明顯低于常溫軋制合金。兩種軋制工藝合金磨損率均隨載荷與滑動(dòng)速度的增加而增大。在高載荷或大滑動(dòng)速度下，常溫軋制合金較傾向發(fā)生剝層與磨粒磨損，而低溫軋制合金更傾向發(fā)生塑性變形。
　　本文還通過(guò)原位生成的方法制備了Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料，TiB2顆粒尺寸為數(shù)百納米到1μm左右。在Ar氣保護(hù)的熔煉氛圍中，1300℃保溫10min制備的

6、Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料中TiB2顆粒偏聚程度較低，且溶質(zhì)元素的燒損率較小。
　　對(duì)Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料進(jìn)行固溶+時(shí)效處理發(fā)現(xiàn)，TiB2顆粒能夠明顯降低富Cr相的粗化速率。對(duì)Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料進(jìn)行熱軋+固溶+常溫軋制+時(shí)效的加工工藝后，TiB2顆粒沿軋制方向呈條帶狀或分散狀分布，顆粒偏聚現(xiàn)象得到有效改善。
　　Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料的硬度隨TiB2含量的增加而增大。Cu-0.5Cr-1.5TiB2

7、復(fù)合材料經(jīng)常溫軋制與時(shí)效處理后峰值硬度為155.6HV，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度分別達(dá)到446MPa和541MPa，其中，富Cr相的Orowan機(jī)制對(duì)強(qiáng)度的提高起主要作用，TiB2顆粒強(qiáng)化與形變強(qiáng)化對(duì)強(qiáng)度的提升作用也較為顯著。峰值硬度時(shí)復(fù)合材料電導(dǎo)率為79.5％IACS，該復(fù)合材料強(qiáng)度與電導(dǎo)率獲得良好匹配。
　　固溶時(shí)效態(tài)Cu-Cr-TiB2復(fù)合材料磨損率隨TiB2含量的增加而降低，并表現(xiàn)出由黏著與氧化磨損向塑性變形轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。Cu-0