纯铜表面强化及其磨损性能研究

《纯铜表面强化及其磨损性能研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、http://www.paper.edu.cn1纯铜表面强化及其磨损性能研究1，21张兴元，毛君1辽宁工程技术大学机械工程学院，辽宁阜新(123000)2辽宁工程技术大学大型工矿装备试验研究中心，辽宁阜新(123000)E-mail:zxyuan001@163.com摘要：利用纯铜渗铝－内氧化工艺制备了A12O3/Cu表面复合层，测试了表层的组织结构和力学性能，并进行了黏着磨损、固定磨料磨损和松散磨料振动与非振动情况下的磨损试验，结果表明：利用纯铜渗铝-内氧化工艺能够获得A12O3粒子弥散分布的A12O3/Cu表面复合层，其各项性能指标优于纯铜；松散磨料的振动频率对纯铜和渗铝-内氧化后试样

2、的磨损量的影响是有范围的，低频率振动时（<5Hz），磨料的振动加剧试样的磨损，当磨料振动频率继续增大时，试样的磨损失重逐渐降低，即磨料的振动降低了磨损试样的磨损。关键词：渗铝-内氧化，A12O3/Cu表面复合层；黏着磨损，磨料磨损，振动磨损中图分类号：TG115.5+8；TG156.8+61.引言A12O3/Cu复合材料是以A12O3微粒为强化相的Cu基复合材料，细小坚硬的A12O3粒子弥散分布在铜基体上，阻碍了位错的运动，大大提高了基体的室温与高温强度，也称作氧化物弥散硬化铜(ODS铜)，它有以下几方面的特征：①弥散相与基体之间界面能高，故弥散相的存在对基体的固有物理、化学性能影响很小；

3、②再结晶温度高，一般达0.9Tm以上；③A12O3粒子的存在，提高了基体的硬度、耐磨性；④A12O3/Cu复合材料强度高，导电导热性与纯铜接近，而且有良好的抗高温软化、抗电弧侵蚀和抗磨损能力。以上特征使得A12O3/Cu复合材料近年来发展十分迅速，应用范围广泛，例如，代替银基触头材料；作导[1.2]电材料和集成电路引线框架；作电阻焊、点焊电极；高强度电力线、发电机的转子等。弥散强化铜合金性能的提高取决于均匀弥散在铜基体中的氧化物颗粒种类、粒度、形态和分布，弥散的质量在很大程度上取决于制备工艺。制备ODS铜的关键是如何向铜基体中引入均匀分布的细小氧化物。本文采用纯铜表面渗铝-内氧化的方法获得

4、A12O3/Cu表面复合层，并对其性能进行了研究。2.试验设备、材料及条件2.1试验材料及试样的制备采用工业纯铜棒材作为基体材料，各试样尺寸规格：黏着磨损试样为10×10×24mm，固定磨料磨损试样为φ6×28mm，松散磨料磨损试样为10×10×40mm。渗铝前将试样表面进行除油、除锈、打磨光洁，并用稀盐酸和乙醇分别清洗，然后晾干。A12O3/Cu表面复合层采用纯铜表面先渗铝，然后对渗铝试样内氧化获得。渗铝剂为Al+Na3AlF6+Al2O3混合粉末，内氧化剂为Fe+Fe2O3+Al2O3混合粉末，渗铝、内氧化过程在900～1000℃下进行。1本课题得到辽宁工程技术大学大型工矿装备实验研究

5、中心基金资助开放基金项目（07-66）的资助。1http://www.paper.edu.cn2.2试验设备渗铝-内氧化后试样的表层显微硬度在HX-200显微硬度计上测量；用BDX3200型X射线衍射仪测试渗铝-内氧化后试样的相结构；黏着磨损在M-200磨损试验机上进行；固定磨料磨损在ML-10磨损试验机进行；松散磨料磨损设备为自制的振动磨料磨损试验机，结构如图1所示，由振动机构和旋转机构两部分组成，振动机构是散体磨料的不同振动频率的振动源，旋转机构带动试样在散体磨料中旋转，此设备可进行散体在不同频率下振动时试样的磨损实验。通过测试，该试验台具有良好的重复性。旋转机构振动机构图1振动磨料磨

6、损试验机2.3试验条件黏着磨损摩擦轮材料为高速钢，半径为19mm，外加载荷500N，转速180r/min。固定磨料磨损实验外加载荷为3N，砂纸为1000目耐水砂纸，行程25cm，每个试样做2个往复。松散磨料磨损实验散体磨料为石英沙，试样夹具转速为430r/min，振动源振幅2.5mm、频率为0Hz、5Hz、7.5Hz、10Hz共4种，磨损时间为30分钟。3试验结果与分析3.1表面层结构与力学性能图2为经内氧化处理后试样的Ｘ射线衍射图谱，结果表明，其内氧化层中存在α-Al2O3。图3为经内氧化处理后试样内氧化层的电镜扫描显微组织，从图中可以看出，内氧化物Al2O3呈颗粒状弥散分布在铜基体上。

7、图4为渗铝-内氧化后试样表层显微硬度曲线。由图可知，表层显微硬度较纯铜试样有很大提高，由外向内逐渐下降，这是由于第二相粒子的强化所致，表层Al2O3颗粒密度大，硬度较高。曲线出现波峰可能是硬度计压头打在第二相上。2http://www.paper.edu.cn图2渗铝－内氧化层X射线衍射图谱图3内氧化电镜显微照片图4显微硬度曲线3http://www.paper.edu.cn3.2黏着磨损表1为纯铜和纯铜渗铝-内氧化后试