基于二元堆积理论高致密CuW复合材料制备及耐电弧侵蚀性能研究

目的提高CuW复合材料的致密度及耐电弧侵蚀性能。方法基于二元堆积理论设计并制备了双粒径W颗粒混杂CuW75复合材料,通过微观组织表征、硬度测试、导电率测试及密度测试,重点对比研究了单粒径CuW75复合材料和双粒径混杂CuW75复合材料致密性和微观组织的内在关联,并通过电接触实验研究了双粒径混杂CuW75复合材料耐电弧的侵蚀性能。结果双粒径混杂CuW75复合材料微观组织均匀,W相及Cu相网络连通程度高,致密度高达99.79%,较CuW75复合材料国家标准致密度提升了2.9%,硬度较CuW75复合材料国家标准提升了6.7%。电接触实验结果表明,双粒径混杂CuW75复合材料熔焊力波动幅度小,平均熔焊力(35.06cN)较1μm单粒径CuW75复合材料的降低了11%;平均燃弧能量(147.29mJ)及平均燃弧时间(2.53ms)较1μm单粒径CuW75复合材料的分别下降了38%和36%。双粒径混杂CuW75复合材料受电弧侵蚀面积小,侵蚀坑较浅,耐电弧侵蚀性能优异。结论双粒径混杂W颗粒制备CuW复合材料可以明显提升材料的致密度及微观结构连通性。双粒径混杂CuW复合材料可以更好地分散电弧,具有优异的抗熔焊性能及耐电弧侵蚀性能。

稀土Y对铜线材抗氧化行为的影响机理研究

目的针对纯铜线材的抗氧化性能不足问题,通过稀土微合金化制备了含微量Y元素的铜线材,研究稀土Y含量对铜线材抗氧化性能的影响。方法采用扫描电子显微镜(SEM)、EDS能谱仪和X射线衍射仪等表征手段,分析了氧化膜脱落后基体表面形貌以及稀土Y元素在氧化过程中的存在形式与氧化膜的生长过程,揭示了添加稀土元素Y提高纯铜抗氧化性能的作用机理。结果稀土Y的引入提高了纯铜线材的抗氧化性能,在600℃、10 h条件下,Cu-0.03Y线材相对于Cu线材氧化增重率由0.55%降低至0.2%,降幅达63%。稀土元素Y的添加使铜线材的(100)晶面占比减少,(111)晶面占比增多,基体表面易被活化的(100)原子面占比降低,铜线材的抗氧化性能提高。在Cu-0.1Y线材中稀土元素浓度较高时发生偏聚,稀土元素与氧的亲和力大于铜与氧的亲和力,偏聚处形成不连续的稀土氧化物,使氧离子与铜离子的接触反应面积增大,相比Cu-0.03Y线材抗氧化性能降低。结论氧化过程中稀土离子的扩散速率慢、半径大,对铜离子的向外扩散起到阻碍作用,降低了铜离子的扩散速度,提高了铜线材的抗氧化性能。

Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr合金组织和性能的影响

采用大气熔炼制备了Cu-Ni-Cr-xMn(x=0、1、3、5、7和9 mass%)合金,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和电子万能试验机等研究了Mn含量对铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金显微组织和性能的影响。结果表明:铸态Cu-Ni-Cr-xMn合金的组织由富Cu相(γ1)、富Ni相(γ2)和富Cr相组成,Mn的添加显著改变了Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中第二相的偏聚形式。Mn的加入使Cu-Ni-Cr-xMn合金组织中的Cr元素在富Ni区显著聚集,富Ni区的Cr含量显著增高。随着Mn含量的增加,基体上结节状富Ni相(γ2)和富Cr相尺寸减小,分布更加均匀,大量细小富Cr第二相的存在显著提升了合金的力学性能。当Mn含量为3%时,小尺寸富Cr第二相开始在晶界处偏聚形成链状结构,对合金的力学性能产生了不利影响。当Mn含量为7%时,Mn原子固溶强化及第二相细化效果显著,合金的力学性能最佳,其硬度和抗拉强度分别为195.06 HB和401 MPa。

铸态Cu-1.16Ni-0.36Cr合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,研究了Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在变形量为50%、变形温度为750~950℃、变形速率为0.01~10 s^(-1)下的热压缩变形行为,建立该合金热变形的本构方程和热加工图。结果表明:Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在700~900℃的变形温度下以动态回复为主,在950℃下发生完全的动态再结晶。通过真应力应变曲线得到了该合金热变形的本构方程和热加工图。根据应变对流变应力的影响对本构方程进行修正,通过修正后的回归方程对流变应力进行模拟,模拟结果与实验结果吻合。热加工图表明,该合金适宜的热变形工艺参数为900~950℃和0.1~1 s^(-1),其中950℃和1 s^(-1)变形条件下组织状态最佳,为晶粒细小均匀的等轴晶。

Cu-20%Ag合金冷拉拔变形过程导电特性研究

通过定向凝固+冷拉拔变形工艺制备了不同线径的Cu-20%Ag(质量分数)合金微细丝线材。通过扫描电子显微镜(SEM)观察了不同线径的Cu-20%Ag合金线材的微观组织演变,发现在拉拔变形过程中,Cu-20%Ag合金线材内部晶粒不断细化,共晶区域较之铜基体区域更为明显,当真应变为8.13时线材内部的共晶纤维细化至平均宽度500 nm左右。研究了Cu-20%Ag合金冷拉拔变形过程中组织性能的演变规律,探明了其组织演变对导电率变化的影响机理。Cu-20%Ag合金在拉拔变形过程中晶粒的细化和破碎导致的晶界面积增加是导电率降低的主要原因。

拉拔变形量对Cu-4 mass%Ag合金线材组织和性能的影响

采用三室真空冷型竖引连铸设备制备了线径为7.821 mm的铸态Cu-4 mass%Ag合金杆,并利用多道次连续拉拔工艺制备了变形量分别为53.38%、93.14%和98.37%的线材;分别对铸态和拉拔态的Cu-4 mass%Ag合金线材进行力学性能、电学性能测试以及微观组织分析。结果表明:铸态Cu-4 mass%Ag合金杆的抗拉强度为236 MPa、导电率为88.50%IACS,当拉拔变形量达到98.37%时,抗拉强度升高到674 MPa,提升了185.59%,而导电率下降到81.00%IACS,仅下降了8.47%;铸态Cu-4 mass%Ag合金杆的横截面组织为典型的“纺布”状枝晶、纵截面为“鱼骨”状枝晶,随着拉拔变形量的增加,线材在纵截面上整体结构呈现出纤维状组织,边缘部分的变形程度要比心部剧烈;当拉拔变形量达到98.37%时,产生了形变孪晶。加工硬化和细晶强化是Cu-4 mass%Ag合金线材拉拔过程中的主要强化机制。

纯铜组元对Al_(2)O_(3)弥散强化铜变形性能的影响

为改善Al_(2)O_(3)弥散强化铜的变形性能,通过向弥散强化铜中加入软质相纯铜组元,研究纯铜组元对弥散强化铜烧结坯变形性能的影响。对弥散铜烧结坯进行热压缩变形实验,获得了其不同热变形条件下的真应力应变曲线,建立了基于双曲正弦本构关系Arrhenius流变应力模型的本构方程,并计算获得热激活能值Q与应变速率敏感系数值m;对热挤压试样,进行室温性能检测和微观组织表征。结果表明:加入纯铜组元后,弥散铜烧结坯应力应变曲线峰值应力下降,曲线走势波动减弱,变形试样缺陷减少,热激活能Q降低,变形难度下降。应变速率较低时,纯铜组元的加入使得m值增加,弥散强化铜的塑性变好;应变速率较高时,纯铜组元的加入加剧基体软硬相不协调变形,m值降低,塑性变差。纯铜组元的加入使热挤压弥散铜的强化相浓度降低,硬度下降,导电率提升,晶粒变大。

不同Al_(2)O_(3)含量的Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的热变形行为

为探究Al2O3含量对Al2O3/Cu复合材料热变形行为的影响,采用内氧化法制备了3种Al2O3含量(0.28、0.66和1.13 mass%)的Al2O3/Cu复合材料,通过热模拟实验对其热变形行为进行了研究。结果表明:在823、923和1223 K时,随着Al2O3/Cu复合材料中Al2O3含量的增加,复合材料的峰值应力逐渐增大;显微组织观察发现,由于1.13 Al2O3/Cu复合材料内动态软化积累程度最大,导致其在1023和1123 K下出现了峰值应力下降现象。经热挤压后,在热变形过程中Al2O3/Cu复合材料的软化效果以动态回复为主。同时,发现0.28 Al2O3/Cu和0.66 Al2O3/Cu复合材料的热激活能相近,1.13 Al2O3/Cu复合材料的热激活能远高于前两者,并分别获得了不同Al2O3含量的Al2O3/Cu复合材料本构关系。采用动态材料模型(DMM)建立了Al2O3/Cu复合材料的热加工图,随着Al2O3含量的增加,热加工图中功率耗散系数η>0.3区域逐渐减小且向高温高应变速率方向移动;就失稳面积而言,0.66 Al2O3/Cu复合材料的失稳区域占比最小。

载流摩擦用铜基复合材料的研究现状及展望

随着航空航天、轨道交通、武器装备等领域的发展,载流摩擦副服役环境日益苛刻,损伤失效行为愈发复杂,对载流摩擦副材料的服役性能需求不断提高,要求材料兼具高强、高导、高耐磨、抗电蚀和抗高温软化等综合性能。铜基复合材料通过在铜基体中引入不同种类、形貌、尺寸的增强相,调控增强相含量、配比等物理特征参量和空间配置模式,各组分之间取长补短、协同作用,在保持铜基体优异传导性能的同时,实现高温性能和耐磨性能的突破,是载流摩擦副的理想材料。本文综述了载流摩擦损伤行为特征及对材料性能的要求,在此基础上,按增强相分类,阐述了铜基复合材料在载流摩擦学性能研究方面的研究进展,分析了不同增强相对其载流摩擦学性能的影响机理,最后对载流摩擦用铜基复合材料未来的研究进行了展望。

SPS法制备Al_2O_3/Cu复合材料研究

将纳米级Al2O3以体积分数为1%的配比与微米级Cu粉混合均匀后,采用放电等离子烧结(SPS)法,分别在750、800和850℃进行烧结制备复合材料;将同样的混合粉末采用冷压烧结制备复合材料作为对比。分别测试材料的密度、硬度、导电率,并进行SEM扫描电镜分析。结果表明:在所选择试验参数下,烧结温度为800℃SPS烧结试样具有最高的相对密度,达到99.17%,硬度与导电率也最高;与冷压烧结制备的材料相比,SPS法制备的试样硬度和导电率更高;SPS烧结试样晶粒均匀细小,并出现了孪晶。

TiB_2含量对TiB_2/Cu复合材料抗电蚀性能的影响

以纳米级TiB2粉体为增强相,采用粉末冶金法制备了不同TiB2含量的TiB2/Cu复合材料,用JF04C型电接触触点材料测试系统研究了TiB2含量对复合材料抗电蚀性能的影响,并采用扫描电子显微镜观察了复合材料的电弧侵蚀形貌。结果表明:随着TiB2含量的增加,复合材料的燃弧能量逐渐降低,整体抗电蚀性能提高,复合材料表面电弧侵蚀熔化程度减轻。

冷拉拔变形量对铜银合金线材组织性能的影响

对热型水平连铸制备的Cu-0.52Ag-0.22Cr铸态杆坯进行拉拔塑性变形(Φ16.00 mm→Φ6.00 mm)和时效热处理(450℃×2 h)后,进一步对Φ6 mm时效态试样进行了不同变形量(59.7%、75.0%、85.3%和95.3%)的拉拔塑性变形(Φ6.00 mm→Φ3.80 mm→Φ3.00 mm→Φ2.30 mm→Φ1.33 mm)。研究了不同拉拔变形量对时效态Cu-0.52Ag-0.22Cr合金微观组织、导电率和抗拉强度的影响规律。结果表明,Cu-0.52Ag-0.22Cr合金在冷变形过程中横截面组织由四周向内部产生不均匀变化,在纵截面上表现为沿轴向不断细化的条状纤维组织;随着变形量增大,合金导电率不断降低,抗拉强度先上升后降低;当冷变形量为75.0%时,合金导电率保持在较高水平87.3%IACS,同时,峰值抗拉强度达到559 MPa。在此情况下,合金力学性能的大幅提升主要取决于该过程中加工硬化效果显著。进一步增加总变形量,加工硬化效果下降,导致合金导电率和力学性能降低。

材料与化工专业教学案例库的设计与开发

基于材料与化工专业学位课程培养目标,结合我校实际情况,进行教学案例库的设计与开发。教学案例库设计内容涵盖特种材料设计及制备案例、金属定向凝固及连铸技术案例和复杂模锻件塑性成形技术案例,采用C#WinForm控件创建操作界面,通过二次开发实现案例中文档、PPT文件、动画、影像资料的链接。案例库界面友好,操作方便,便于线上、线下教学使用,教学效果优良。

国外建筑节能政策工具综述

建筑节能领域由于存在正外部性，使得建筑节能市场资源配置不能达到最优化。本文通过近30多年西方发达国家在建筑节能领域为解决其正外部性，弥补市场机制存在的缺陷而实践总结出的一些政策工具：法律手段、行政手段和经济手段。

铜/碳复合材料的研究进展

碳材料(包括金刚石、石墨、碳纤维、碳纳米管和石墨烯等)由于具有多样性的结构及优异的性能,受到国内外学者的广泛关注。将碳材料与铜基体复合,通过控制碳材料在铜基体中的结构、含量和空间分布特征等,有望获得力学性能、物理性能、化学性能和生物性能相对优良的铜基复合材料,进而实现铜基复合材料结构功能一体化的突破。目前,铜/碳复合材料已经在诸多领域显示出广阔的应用前景并取得了丰硕的科研成果。本文重点介绍了不同种类铜/碳复合材料的性能及其研究进展,总结了铜/碳复合材料的制备工艺及特点,并对铜/碳复合材料研究发展方向进行了一定探讨。

纤维涂层对Cf-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料微观组织和性能的影响

为了改善增强相在Cf-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料中的分布和结合,分别采用溶胶凝胶法和化学镀法对碳纤维(Cf)表面进行了镀TiO_(2)和Cu涂层处理,并采用粉末冶金法结合内氧化工艺制备Cf-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜、布氏硬度计和导电率测试等研究了纤维涂层对Cf-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织和性能的影响。结果表明:Cf和Al_(2)O_(3)的添加提高了复合材料的硬度,但是致密度和导电率相对于纯铜有所下降。Cf表面涂层处理保护了粉末冶金过程中Cf的结构完整性,有利于Cf在铜基体中的均匀分布,所制备的复合材料的致密度和导电率相对于无涂层状态明显提高。其中,纤维表面化学镀Cu涂层厚度均匀且连续性较好,其制备的复合材料导电率达到80%IACS,相比于未处理的Cf-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料提高了11.9%。

(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料载流摩擦磨损行为

目的研究相同载流条件下纳米Al_(2)O_(3)颗粒、微米WC颗粒和SiC晶须对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面摩擦磨损性能的影响。方法采用粉末冶金法和内氧化法相结合的方式,制备了(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,并利用HST-100高速载流摩擦试验机进行载流摩擦磨损性能测试。采用透射电镜和扫描电镜观察复合材料的显微组织和载流摩擦磨损表面形貌。研究不同的增强相对(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料磨损性能的影响,分析其磨损机理。采用AUTOGRAPH AG-I 250 kN拉伸设备对试样进行拉伸,并分析抗拉强度与磨损性能的变化关系。结果(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的硬度和极限抗拉强度相较于Cu-Al_(2)O_(3)复合材料分别提高了20.2%和12.7%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的摩擦系数最小,为0.33,相对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料降低了42.1%。(1WC+2SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料表面磨损形貌最为光滑,无大面积电弧烧蚀现象,犁沟数量少且浅。结论(WC+SiC_(w))/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损机理主要是粘着磨损、磨粒磨损和电弧烧蚀;纳米级Al_(2)O_(3)颗粒、微米级WC颗粒和SiC晶须三者协同强化铜基体,提高了复合材料的强度和硬度,从而降低了铜基复合材料的摩擦系数和磨损率。WC颗粒和SiC晶须采用合适质量配比时,可以有效地改善Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的磨损情况。

服役参数对C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料摩擦磨损性能的影响

为探究不同服役条件下C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的摩擦磨损性能,采用QG-700型摩擦磨损试验机对其进行了在不同载荷和线速度条件下的摩擦磨损实验,分析了C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的摩擦磨损性能和磨损机理。结果表明:载荷和线速度对C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的摩擦磨损特性有显著影响,在实验范围内,在载荷为10 N及线速度为0.59 m/s条件下,5C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的摩擦磨损性能最佳,其摩擦系数和磨损率分别为0.45和1.488×10^(-5)mg/m。摩擦过程中在复合材料摩擦表面产生的机械混合层有利于摩擦副之间的润滑。随着载荷增大,机械混合层减少,C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的磨损加剧,基体塑性变形程度增大;随着线速度的增大,机械混合层厚度增加,润滑状况得以改善,C_(f)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料的摩擦系数减小。

球磨工艺对新型(TiC_(p)+GNPs)/Cu复合材料组织和性能的影响

采用粉末冶金法与原位内生法结合制备了(TiC_(p)+GNPs)/Cu复合材料,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)等研究了球磨时间、球磨速度以及球料比对(TiC_(p)+GNPs)/Cu复合材料微观组织、致密度、导电率以及硬度的影响。结果表明:当球磨时间为15 h、球磨速度为50 r/min、球料比为3∶1时,(TiC_(p)+GNPs)/Cu复合材料组织致密均匀,综合性能良好,导电率达到67.3%IACS,硬度达到71 HBW,致密度达到99.6%。微观组织观察表明:烧结过程中GNPs与Ti粉发生化学反应,在GNPs与Cu基体的界面处生成纳米级TiC_(p)颗粒,有助于进一步提高铜基复合材料的力学性能。