颗粒增强铜基复合材料的制备与组织性能研究

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1、摘要颗粒增强铜基复合材料的制备及组织性能研究摘要铜基复合材料因其良好的物理性能和适中的价格作为导电、导热功能材料被广泛的用做电工、电子材料，可作为集成电路的引线框架、灯丝引线、电阻焊电极、电动机电刷、电触头、高速列车架空导线等。但随着现代工业的飞速发展，对导电材料的强度和导电性能提出了越来越高的要求，特别是材料的耐高温性能。而颗粒增强的铜基复合材料因其综合了铜基体的优良导电性能和陶瓷颗粒增强相的高强度、高模量、耐高温的特性，成为研制高强高导电材料的较佳选择，但目前国内仍没有成熟的制备工艺用于指导工业生产而限制了这类材料的广泛应用，因此研制颗粒增强

2、的铜基复合材料的制备工艺极具现实意义。本课题采用了两种不同的制备工艺：液/液原位合成法和熔铸法。①从热力学角度出发，分析了TiB2颗粒在铜基体中原位生成的热力学条件，并选用电解铜、Cu-B和Cu-Ti中间合金为原料，两种合金分别同时熔炼，采用液/液原位反应的方法制备了不同含量(2wt%、3wt%和5wt%)的TiB2/CuCrZr复合材料。②采用超声波化学镀的方法在2µm～4µm的VC陶瓷颗粒表面化学镀镍，以获得包覆镍的VC复合粉体，并利用传统的熔铸工艺制备了VC/CuCrZr复合材料。通过JEOL－JSM－6480型电子显微镜和XRD—6000

3、型X射线衍射仪等测试手段，分析了两种复合材料的组织形貌和相组成，并探讨了热处理强化工艺对复合材料组织和性能的影响。试验结果表明，原位合成的TiB2/CuCrZr复合材料的铸态组织呈明显的树枝状，TiB2颗粒主要沿树枝晶的晶间分布，呈团粒状和长棒状，颗粒大小约2µm～8µm；随着颗粒含量的增加，沿枝晶间分布的TiB2也越来越多，并出现团聚长大，且树枝晶随颗粒含量的增大而减小。TiB2颗粒能够明显提高复合材料的硬度（强度），且随着颗粒含量的增加复合材料的硬度呈先增后减的趋势，本实验中TiB2含量为3wt％时的硬度最佳，铸态复合材料的硬度为127.8H

4、V，是常用CuCrZr合金铸态硬度的二倍多，但导电率随颗粒含量的增加而减小。通过对原位复合材料的强化工艺实验得出：TiB2含量为2wt％、3wt％和5wt％三种复合材料的最佳时效工艺和性能分别为500℃×3h(184HV，29.3％IACS)；480℃×3h(206HV，22.2％IACS)；500℃×2.5h(186.5HV，21.5％IACS)。采用超声波化学镀的方法对增强体VC颗粒表面施镀镍，以增加增强体与铜基体的润湿性和结合力，实验中通过合理控制超声波的振动时间并配以适当的机械搅拌，I摘要能够使VC粉末在施镀过程中较好的分散于镀液中，同时

5、可及时排除镀液中的气体；镀覆后的VC表面较原始粉末明显发亮，镀覆层呈胞状组织。熔铸法制备的VC/CuCrZr复合材料的铸态组织为树枝晶，VC颗粒沿晶界均匀分布；但经锻打、固溶后，VC颗粒均匀分布于晶粒内部。VC/CuCrZr复合材料铸态硬度为58.7HB，导电率为51.7%IACS，经最佳时效工艺（480℃×3h）处理后的硬度为115.3HB，导电率为90.5%IACS；复合材料的宏观断口呈明显的韧性断裂，微观断口中存在大量的等轴韧窝，韧窝底部的许多颗粒已脱落，断裂机理为微孔聚集型，VC颗粒即为裂纹源。经测试VC/CuCrZr复合材料的屈服强度s

6、=241.5MPa，抗拉强度s=351.0MPa，断0.2b后伸长率d=32%，断面收缩率y=51.6%。关键词：铜基复合材料；原位反应；液/液合成；熔铸法；TiB2；VCIIABSRTRACTResearchonFabricationandMicrostructure-PropertyofParticle-reinforcedCopperMatrixCompositesABSTRACTBecauseofcoppermatrixcomposite’sfinephysicalpropertiesandmoderateprice,itwasbroad

7、lyusedaselectricianandelectronmaterialinthefieldofelectricityandheatconductionfunctionalMaterials,suchas:ICdown-leadingframe,filamentfuse,electrodeofelectricresistancesolder,electricmotorbrush,electricitytouch,rapidtrainsaerialconductingwireandsoon.However,withmodernindustryh

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