铜铬机械合金化及石墨铜铬复合材料组织与性能研究

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1、铜一铬机械合金化及石墨／(铜一铬)复合材料组织与性能研究摘要‘石墨／铜复合材料，不仅导电性与导热性优异，而且具有良好的抗电弧侵蚀和抗磨损能力以及较高的强度，是一种具有广泛应用前景的新型材料，尤其是在电接触材料领域得到广泛的应用。石墨与铜完全不浸润，在使用粉末冶金方法制备的复合材料当中，两者也只是机械互锁结合，其界面强度低，严重影响了复合材料的性能。因此，如何在保持较高电导率水平的前提下，大幅度地提高强度、硬度和耐磨性的问题已成为铜基复合材料研究与开发的重要问题。有研究发现，铬可减小铜和石墨的润湿角，并且铜铬合金往

2、往具有较高强度，因此本文通过组分优化设计，采用机械合金化技术制备Cu．Cr过饱和固溶体合金粉末，并结合粉末冶金方法制备采用基体合金化方法强化基体的石墨／铜．铬复合材料，以开发高性能铜基自润滑复合材料为目标，为拓展新型铜基复合材料的应用领域提供技术保障。本文的研究主要包括以下几个方面的内容：(1)采用机械合金化技术制备了Cu．5wt％Cr复合粉体，利用XRD分析了Cu一5wt％Cr复合粉体机械合金化过程。结果表明：随着球磨时间的增加，晶粒不断细化，Cu．5wt％Cr复合粉末衍射峰不断宽化，衍射强度逐渐下降；当球磨6

3、0h时，Cr已完全固溶在Cu晶格中。(2)采用粉末冶金方法制备了石墨／铜复合材料，探讨了制备工艺对复合材料致密性的影响。结果表明：在复合材料压制过程中，随着Cu．5wt％Cr复合粉体含量的增加，冷压难度增大。压制前对Cu．5wt％Cr复合粉体进行400℃退火处理可部分降低冷压难度，要保证材料的密度，同时还需在一定的范围内增加压制压力，由此制备出的石墨／铜．铬复合材料具有较高的密度，Cu．5％wtCr复合粉末的强化效果能得以保留。(3)分析了基体合金化对石墨／铜复合材料性能的影响，结果表明：随着Cr含量增多，石墨／

4、铜复合材料硬度提高，抗弯强度先增大后减小，导电性能下降。其原因是在冷压工艺下，随着Cu．5wt％Cr复合粉末含量的增加，复合材料难以达到较高密度，从而造成抗弯强度和导电性的损失。当复合材料中Cr含量小于1％时，复合粉末则能有效地增强基体，而使得电阻率只有小幅度的增加。(4)探讨了基体合金化对(7．5％)C／Cu．Cr复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着Cr含量的增加，复合材料摩擦系数增加；当基体中Cr含量小于2．O％时，复合材料具有较高的强度和合适的硬度，摩擦副之间能够形成良好的复合固体润滑膜，有效地降低了

5、磨损量，特别是当Cr含量为1．O％时，复合材料耐磨性最好；当Cr含量超过2．0％时，复合材料强度降低，硬度增加，磨损机制以磨粒磨损为主，Cr含量愈高，磨损量愈大。关键词：铜基复合材料机械合金化粉末冶金摩擦磨损性能Cu—CrmechanicalalloyingandMicrostructureand．PropertiesofC／(Cu—Cr)compositesAbstractGraphite／coppermatrixcomposites，novelkindofadvancedmaterial，areconside

6、redtohavegreatpotentialapplicationduetoitscombinationsofexcellentconductivity，thermalconductivity，gooderosionresistancetoelectricityarcaswellasexcellentwearresistanceandarebroadlyusedastheelectriccontactsandbrushmaterials．Whiletheinterfacebetweenthecarbonandt

7、hecoppermatrixexistsintheformofmechanicalbondingincompositesmanufacturedbypowdermetallurgymethod，whichhasthelowbondingstrengthandoftenhasaseriousimpactontheperformanceofGraphite／coppermatrixcompositematerials，theimprovementofstrength，hardnessandwearresistance

8、hasbecomeaimportantproblemfortheresearchanddevelopmentofgraphite／coppercompositematerials．Researchhasfoundthatthecontactanglebetweencopperandgraphitecanbereducedbychromiumandthatcopper—ch