L1_(2)-γ′相共格析出强化Cu_(y)(Ni_(3/4)Al_(1/4))_(100-y)合金显微组织与性能研究

纳米球状L1_(2)-γ′相(Pm~-3m,a=0.3572 nm)的共格析出强化Cu-Ni-Al合金兼具优异的力学性能及一定的导电性能,被广泛应用于轨道交通、海洋运输等领域。目前缺乏纳米球状L1_(2)-γ′相共格析出的Cu-Ni-Al显微组织演变及性能关联的系统研究。本文锁定Ni∶Al原子比3∶1,制备了系列Cu_(y)(Ni_(3/4)Al_(1/4))_(100-y) (y=75.00,80.00,85.71,90.00,93.75;原子分数)合金,并详细探讨了合金性能(硬度、电导率及软化温度)、合金成分及显微组织之间的关联。结果表明,低温时效后样品出现大量的退火孪晶并析出纳米球状L1_(2)-γ′相。低温时效后Cu-Ni-Al合金的强化机制包括细晶强化和析出强化,随着Cu含量增加(Ni+Al含量减少),退火孪晶含量减少且L1_(2)-γ′相的析出含量逐渐增加,合金硬度、屈服强度及极限抗拉强度也随之降低。而合金导电性能与固溶在Cu基体中的溶质含量相关。最后,通过软化温度测试衡量了合金在高温下的应用潜力。本研究为高性能Cu-Ni-Al合金成分设计提供了有效的实验及理论依据。

Cu对Al-50%Si合金法提纯太阳能级多晶硅过程中初晶硅Al含量影响研究

Al-Si合金法提纯具有生产成本低、除杂效率高、副产物单一等特点,是一种极具潜力的太阳能级多晶硅原料的制备方法。在该工艺路线中,Al作为溶剂不可避免地会对Si产生污染,如何降低初晶硅中Al的含量是亟需解决的问题之一。本文通过向Al-50%Si合金中加入Cu,分析Cu对合金溶液热力学性能的影响,结合Cu的存在方式,探讨Cu对Al污染的抑制作用。结果表明:在Al-50%Si合金中添加10%(质量分数)Cu后,合金中Al的活度系数降低至0.7148;初晶硅中Al的含量从250.960 mg/kg降低到181.637 mg/kg,比未添加Cu时减少了27.62%,同时,Cu在初晶硅中的残留仅为12.6 mg/kg,低于Cu在Si中的固溶度。可见,在Al-Si合金中引入Cu并未对初晶硅造成二次污染。因此,采用Al-Si-Cu三元合金体系进行提纯制备太阳能级多晶硅能够有效抑制Al对初晶硅的污染。

Al_2Cu拉伸变形的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究Al_2Cu的拉伸变形行为。建立Al_2Cu分子动力学模拟模型,采用嵌入原子法模拟Al2Cu模型在常温、恒定工程应变速率的拉伸环境下对Al_2Cu力学性能的影响,探讨温度和应变率对体系拉伸变形行为的影响。结果表明:发现Al_2Cu非常脆,应变ε=0.086时应力达到峰值6.4 GPa,在拉伸初期不易产生位错,从而弹性变形阶段较长。Al_2Cu对温度十分敏感,温度上升使Al_2Cu的原子动能成倍增加,导致塑性变强但抗拉强度明显下降;Al_2Cu在应变率为e(5)为0.005~0.006 ps^(-1)之间存在一个值,当Al2Cu的应变率超过这个值时,一些拉伸产生的空位来不及发生大幅移位,只能聚集在发射处附近,使体系内各处均出现大量孔洞。

Cu-Al_2O_3纳米弥散强化铜合金的短流程制备工艺及性能

研究了一种简化的短流程工艺,成功地制备出几种不同成分的Cu-Al2O3弥散强化铜合金.对Cu-0.3wt%Al合金粉末内氧化的研究表明,在700℃～900℃内氧化时,早期进行得非常迅速,硬度的提高主要发生在1h以内;不同温度下内氧化达到硬度峰值的时间也各不相同,且900℃内氧化时硬度的峰值为最高(HV=141).随Al2O3体积分数的增加,挤压态合金σb和σ0.2均逐渐升高,但其增速随Al2O3的增加有逐渐减缓之势.经不同变形量的冷拉拔后,σb和σ0.2基本呈相对均匀的速度增加,且随Al2O3含量的增加,加工硬化的速率逐渐变慢,延伸率则相应降低,电导率的下降幅度不大.所有Cu-Al2O3合金在退火后均能保持其大部分强度(≥72%).

内氧化法制备的Cu-Al_2O_3合金的显微组织与性能

利用内氧化法制备了Cu Al2 O3 弥散强化铜合金 ,并对其挤压态、冷拉态、退火态棒材进行了性能测试和显微组织结构分析。结果表明 :挤压后的棒材经 65 %和 90 %的变形量冷拉拔后 ,存在明显的加工纤维组织 ,σb 分别达 468和 495MPa ,相对电导率分别为 90 %和 89%IACS;1 0 30℃× 0 5h高温退火后再结晶现象并不明显 ,仍能保持较高的强度 ;且变形量越大 ,高温退火后强度下降越小 ;

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶行为

以Cu2O为氧化剂,采用Cu-Al合金粉末内氧化及后续的粉末冶金法制备了Al2O3/Cu复合材料。并将不同Al2O3含量的试样进行不同变形量的冷拔处理,在氮气保护下进行高温退火处理(700℃～1050℃,1h)。研究了硬度随退火温度的变化规律,观察了显微组织。结果表明:在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃,1h退火后Al2O3/Cu复合材料的硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损特性

采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了复合材料在载流条件下的摩擦磨损特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;载流条件下,该复合材料的抗摩擦磨损性能显著优于铬青铜合金;电流较小时具有磨粒磨损和粘着磨损的共同特征,电流较大时以粘着磨损为主。在试验范围内,电流比载荷对磨损率的影响显著。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu点焊电极的装机试验

采用内氧化法制备了0.6Al2O3/Cu复合材料,以该复合材料棒材为原料制备了点焊电极,并进行了装机试验和微观组织结构分析。研究结果表明:采用内氧化法制备的0.6Al2O3/Cu复合材料在铜基体中弥散分布着纳米级细小Al2O3颗粒。由于Al2O3颗粒硬度高,热稳定性和化学稳定性好,使该复合材料制备的点焊电极抗塑性变形能力强、抗坑蚀能力优良、再结晶温度高,并具有优越的抗粘接能力,使用寿命是铬锆铜电极的3倍多。

Al_2O_3/Cu复合材料内氧化粉末的制备

通过引入高能球磨,为Al2O3/Cu复合材料的内氧化工艺提供了新的粉末制备途径。高能球磨可制备亚稳态的Cu Al预合金粉末,使用该粉末进行内氧化,既可避免复杂的雾化制粉装置,又可使Al的脱溶氧化变得容易,缩短内氧化的周期;Cu2O粉末与Cu Al预合金粉末一起进行球磨,一方面改善了粉末内氧化的动力学条件,另一方面避免了Cu2O分解后产生的富铜相。球磨过程适宜的酒精加入量为15mL/100g粉料。Cu Al系粉末在经过96h的球磨后合金已经形成,合金粉末向层片结构发展,此时粒子已经细化。X射线衍射图谱中Al的衍射峰的消失是Cu Al系粉末形成合金的标志,并不是晶粒细化所致。Cu 2 0%Al比Cu 0 8%Al的合金更容易细化,层片结构更突出。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的电蚀特性

以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,通过电火花试验研究了该复合材料的电蚀特性,并进行了微观组织结构分析。结果表明,采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;在基本保证与紫铜相同加工速度的前提下,Al2O3/Cu复合材料工具电极的相对损耗和工件表面粗糙度均小于紫铜工具电极,且在试验范围内Al2O3/Cu复合材料工具电极损耗和工具表面粗糙度均随Al2O3含量的增加而降低。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料不仅具有和纯铜一样优良的导电、导热性能,而且由于弥散强化的作用使其拥有高的硬度和强度,特别是优越的高温强度,从而使其成为越来越重要的工程材料之一。论述了Al2O3/Cu复合材料的强化机理及Cu-Al合金的内氧化机理,重点阐述丁内氧化过程中Al2O3颗粒的形核、长大和粗化,并采用内氧化法制备了性能优越的Al2O3/Cu复合材料。

细晶Al_2O_3/Cu复合材料的研究

在粉末冶金工艺的基础上 ,研究了一套新工艺 ,制取了纳米级Al2 O3 /Cu复合材料 ,观察组织并测试其性能。结果表明 :制取的纳米级Al2 O3 /Cu复合材料 ,Al2 O3 为 5 0～ 70nm ,组织中晶粒细小 ,电导率大于80 %IACS ,软化温度超过 6 6 0℃ ,室温硬度达 130HV ,综合性能优良。

在Cu/Al_2O_3催化剂上用C_3H_6选择性催化还原NO的研究

NOx和SO2是环境污染的主要污染源,但国内外对NOx的治理还比较落后,仍然没有找到技术上合理、经济上可行的治理方案。NO是NOx的主要成分。随着人们对环保的重视和对环境质量要求的提高,NO的治理也愈来愈受到重视。研究了以Al2O3为载体,Cu做活性组分用烃类气体(C3H6)选择性地催化还原NO。通过NO的转化率说明了在各种条件下催化剂的活性。并且利用了SEM、XRD等先进的表征手段对Cu/Al2O3催化剂的作用效果进一步作了分析和论证。说明了在Cu/Al2O3催化剂上用烃类气体选择性催化还原NO是可行的。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的研究现状

综述了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的研究现状,总结了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料的必备条件,对内氧化动力学和热力学进行了详细的阐述,并以Cu2O为氧源,采用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,验证了其优越的室温和高温性能;对以复合材料棒材为原料制备的点焊电极进行装机试验,结果表明其寿命为传统Cu-Cr-Zr电极的3～5倍;最后着重分析了内氧化法制备Al2O3/Cu复合材料发展过程中亟待解决的问题。

内氧化制备Al_2O_3/Cu复合材料组织性能研究

采用内氧化工艺,用Cu2O粉作氧化剂,在900℃下使Cu-Al合金薄平板内氧化,获得Al2O3/Cu复合材料,研究Al2O3/Cu复合材料的组织特征及性能。结果表明,复合层中Al2O3颗粒呈弥散状分布;复合层表层和内部的晶粒大小明显不同,表层处晶粒比内部的细小,固溶在Cu基体内部的Al内氧化时以Al2O3形态从基体析出,弥散分布的Al2O3颗粒强化了铜基体,表面显微硬度提高。与固溶在Cu基体中的Al原子相比,Al2O3对电子的散射要小得多,因而内氧化析出Al2O3后电导率升高。Al2O3/Cu复合材料薄板随着冷加工变形量的增加,氧化颗粒与位错的缠结越严重。

内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料的再结晶

利用内氧化法制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了该材料在不同冷拔变形量和Al2O3含量下,其硬度值随退火温度变化的规律,并进行了显微组织结构分析。结果表明:采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料,在铜基体中弥散分布着纳米级的Al2O3颗粒;经900℃×1h退火后,其硬度可保持室温的87%以上;其再结晶温度高达1000℃;变形量和Al2O3含量增加均使硬度提高,但对软化和再结晶温度影响不大。

Al_2O_3/Cu复合材料的载流摩擦磨损性能

研究了采用内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料在载流条件下的干滑动摩擦磨损性能,结果表明,在相同条件下,Al2O3/Cu复合材料的抗摩擦磨损性能明显优于紫铜;当电流一定时,随着速度与载荷的增加,销试样的磨损率增加,摩擦因数降低。Al2O3/Cu复合材料销试样表层发生了磨粒磨损和粘着磨损,紫铜表层主要发生了粘着磨损。在试验范围内,质量分数为0.60%的Al2O3的Cu基复合材料比质量分数为0.24%的磨损率和摩擦因数低。

原位生成Al_2O_3/Cu复合材料的新工艺

采用一种新型工艺制备了Al2O3/Cu复合材料。高能球磨制备亚稳态的Cu-0.8wt%Al合金粉,再将Cu2O粉与其一起进行高能球磨,然后将复合粉末压坯在真空炉中同时进行氧化和烧结。该工艺省略了还原剩余Cu2O的环节,氧化和烧结时间仅为1h。生成的Al2O3的粒径约250nm,颗粒间距约500nm,均匀弥散分布;该材料冷加工后性能接近SCM制品性能。该配比的Al2O3/Cu复合材料的热稳定性良好,在800℃下循环冷淬20次无裂纹;软化温度为700℃。

反应球磨烧结制备Al_2O_3/Cu复合材料的组织与性能

以铜铝合金粉为原料,利用反应球磨并结合放电等离子烧结工艺制备了Al2O3/Cu复合材料,研究了球磨不同时间后合金粉的形貌、物相以及铝含量对复合材料组织与性能的影响。结果表明：铜铝合金粉球磨20h后,生成了粒径为2~5μm的类球状颗粒,Cu相衍射峰发生明显的宽化,在铜基体中原位生成了纳米α-Al2O3颗粒相;Al2O3颗粒的尺寸及其在基体中的分布与铝含量有关,随着铝含量增加,Al2O3颗粒逐渐长大、富集甚至团聚;复合材料的相对密度和导电率均随着铝含量的增加逐渐降低,显微硬度则逐渐升高;当铝的质量分数为0.7%时,复合材料具有最佳的综合性能。

机械合金化结合内氧化法制备Al_2O_3/Cu复合材料

Al2O3/Cu复合材料具有高的强度和高的导电性及优良的抗电弧性能,广泛应用于电子封装材料、电极和电触头材料。采用机械合金化制备亚稳态的Cu-Al-Cu2O合金粉末,经压制成型后,采用新型内氧化工艺进行烧结处理,得到高强度高导电的Cu/Al2O3复合材料。结果表明:机械球磨96h,Al原子已完全固溶于Cu的晶格中。经1183K内氧化处理4h试样组织均匀致密,Al2O3颗粒弥散分布在铜基体上,其硬度高,电导率高。