Cr2AlC颗粒增强Cu基复合材料的制备与性能表征-论文.pdf

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1、第53卷第5期厦门大学学报(自然科学版)Vol_53No．52014年9月JournalofXiamenUniversity(NaturalScience)Sep．2014Cr2AIC颗粒增强Cu基复合材料的制备与性能表征曾舒，苏忠亮，周健(厦门大学材料学院，福建厦门361005)摘要：采用热压烧结方法制备以三元层状碳化物陶瓷CrA1C为增强相的Cu—CrA1C复合材料．利用x射线衍射(XRD)和光学显微镜研究复合材料的物相组成和组织形貌；利用维氏硬度仪和万能试验机测试其维氏硬度和抗拉力学性能；利用扫描电镜观察样品拉伸断口形貌．结果表明，当CrzA1C的体积分数为2O时增强效果最佳，屈服

2、强度和抗拉强度分别达到230和315MPa；Cu基体晶粒细化及增强颗粒与基体之间良好的界面结合是材料强化的主要原因．关键词：cu—CrA1C复合材料；显微结构；硬度；强度；形貌中图分类号：TB333文献标志码：A文章编号：0438—0479(2014)05—0739—05金属Cu因具有良好的导电导热性、耐腐蚀性及解．在MAX相增强Cu基复合材料的研究中发机械加工性得到广泛应用．然而纯Cu的强度和硬度现l_7"]，CrA1C与金属Cu的热膨胀系数十分接近，低，耐磨性差，且在高温下易发生变形，不能满足现代而其他MAX族化合物与金属Cu的热膨胀系数差异航空、航天、机械等领域对材料在硬度、强度及

3、耐磨性较大．因此CrA1C可能是更好的Cu基复合材料增等方面的要求[1]．颗粒增强Cu基复合材料通过适量强体．引入增强相可以显著提高金属Cu的力学性能，同时本实验制备了高纯度Cr。AIC粉体，然后用热压又不会明显降低其导电性能，从而成为Cu基复合材烧结法制备出Cu—Cr。AIC复合材料，测试其硬度、屈料的研究热点_5]．碳化物陶瓷CrA1C是三元层状化服强度、抗拉强度等力学性能，并对材料进行x射线合物MAX相(也称M+AX相，其中M代表早期过衍射(XRD)表征、光学显微分析、扫描电子显微镜渡金属元素，A代表主族元素，X代表C或N元素)中(SEM)断口扫描分析，研究CrAIC的加入量对Cu

4、—2l1相的典型代表，它同时具有陶瓷的高强度、高弹性CrAIC复合材料的显微结构和力学性能的影响，为进模量、耐腐蚀及高温抗氧化性等特点以及金属的高热一步开发新型Cu基复合材料提供依据．导率、高电导率等性能，是近年来受到广泛重视的一种新型化合物材料[1l6]．Sun等[1胡采用第一性原理计1实验材料及方法算方法研究了MAiC(M—Ti，Cr，V，Nb和Ta)的体积模量和杨氏模量．结果表明Cr。A1C具有极高的体采用无压烧结方法制备CrA1C陶瓷粉体，所用积模量、剪切模量和杨氏模量，是有应用潜力的新材原料为Cr粉(粒径为200目，纯度大于99．95)，A1粉(g2径为200目，纯度大于99．

5、5)和石墨粉(粒径料．目前已有一些关于CrAlc增强金属基复合材料的研究[．Gupta等口研究了Ag—Cr2A1C复合材料为300目，纯度大于99．5)．将Cr粉，Al粉和石墨粉按摩尔比2：1．1：1装入球磨罐中在球磨机上机械混的磨擦磨损性能，但是未报道力学性能；对Fe-Cr。A1C合6h使其混合均匀，球磨机转速为280r／min，经烘复合材料的研究发现口，由于Fe的熔点较高，所以热干处理后装入刚玉管中，在管式炉中以10。C／min的压温度较高，在制备复合材料过程中Cr。A1C完全分升温速率加热至1350℃并保温0．5h，在此过程中通入氩气作为保护气氛，之后样品随炉冷却至室温．反应完成后

6、经研磨、过筛获得尺寸均匀的CrA1C粉末颗粒，其颗粒尺寸为1～30m，纯度大于97[183．收稿日期：2014—03—12*通信作者；jzhou@buaa．edu．cn在金属Cu粉(粒径为50／2m，纯度大于99)中第5期曾舒等：Cr。A1C颗粒增强Cu基复合材料的制备与性能表征起到晶粒细化的作用．纯Cu及复合材料中Cu基体的CrzA1C体积分数达20时，屈服强度和抗拉强度分晶粒尺寸与Cr：A1C体积分数的关系如图2(f)所示．别为230和315MPa，分别是纯Cu的2．8倍和1．7{／册册岛PI∞II∞∞0一由于CrA1C颗粒的加入会阻碍Cu晶粒在热压过程倍．当CrA1C体积分数达到3

7、O％时，复合材料的屈服中的长大和晶界的迁移，且CrA1C的存在会为Cu晶强度和抗拉强度反而下降．材料在受到拉应力时，少粒在温度较高时发生再结晶提供形核点，这些都有利量的增强相可以起到弥散强化的作用，但是继续增加于基体晶粒的细化，从而使Cu晶粒的尺寸维持在大CrzA1C的体积分数，其颗粒的团聚会造成复合材料气约6m，将对基体起到显著的增强作用．孔率的增加(如图3(c)所示)，这些气孔会对材料的力学性能产生不利影响，从而导致材料的强度下