碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强 Cu基复合材料 [B4Cp/(Ti B2 +Ti N) /Cu],并与未经涂覆的 B4C颗粒增强 Cu基复合材料 (B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明 ,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明 ,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明 ,B4C颗粒经过涂覆处理后 ,改善了复合材料的界面粘结性能 。

颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和扩展行为的影响

通过原位扫描电子显微镜(SEM)研究了粉末冶金制备的Cu/WCp复合材料的疲劳裂纹萌生和扩展行为,分析了颗粒和微观结构对Cu/WCp复合材料疲劳裂纹萌生和早期扩展行为的影响。结果表明:疲劳微裂纹萌生于WCp颗粒和基体Cu的界面;微裂纹之间相互连接并形成主裂纹,当主裂纹和颗粒相遇时裂纹沿着颗粒界面扩展。在低应力强度因子幅ΔK区域疲劳小裂纹具有明显的"异常现象",并占据了全寿命的71%左右。疲劳小裂纹的早期扩展阶段易受局部微观结构和颗粒WCp的影响,扩展速率波动性较大,随机性较强;当小裂纹长度超过150μm时,裂纹扩展加快直至试样快速断裂。裂纹偏折、分叉和塑性尾迹降低了疲劳裂纹扩展速率,而颗粒界面脱粘则提高了复合材料的疲劳裂纹扩展速率。通过数值模拟也可以发现颗粒脱粘增大了材料的疲劳扩展驱动力,从而提高了疲劳裂纹扩展速率。

原位自生Al_2O_3颗粒增强Al基复合材料的研究

本研究是在A l基材料中加入了Cu2O颗粒,原位反应生成A l2O3颗粒,从而增强A l基材料。研究采用粉末冶金的方法,先冷压成型,再热压,在温度680℃压力1MPa时保温10分钟,成功制备了A l2O3/A l基复合材料。研究了Cu2O含量对该复合材料的密度、硬度、抗弯强度等性能的影响,结果表明:A l-8N i-3Cu-2Cu2O复合材料的综合性能最好,硬度达到78.66HRF,抗弯强度达到254.35MPa。利用扫描电镜观察复合材料的表面形貌(SEM图像),并对试样成分进行分析(BSE图像),发现试样的成分分布比较均匀。通过XRD图谱和热力学分析表明:经热压后,该复合材料新生成物相主要为A l2O3。

包裹法SiC颗粒增强铝基复合材料的研究

本文利用包裹法和置换原理,将Cu均匀地包裹在SiC表面,得到了可用于制备增强Al基复合材料的Cu/SiC复合粉体。讨论了SiC粒度以及表面粗化工艺对包裹效果的影响,并对Al-Cu/SiC复合材料的烧成温度进行了探讨。

TiB2颗粒混杂对TiB2/Cu复合材料微观组织和性能的影响

采用粉末冶金工艺,分别制备了单一粒径TiB2颗粒和混杂粒径TiB2颗粒的TiB2/Cu复合材料,研究了TiB2颗粒混杂（2μm＋50μm）增强对TiB2/Cu复合材料微观组织和性能的影响。结果表明：在TiB2颗粒总含量一定的条件下,与单一粒径TiB2颗粒增强TiB2/Cu复合材料相比,TiB2颗粒混杂增强TiB2/Cu复合材料的综合性能明显提高;当2μm与50μm TiB2颗粒混杂配比为1∶2时,TiB2/Cu复合材料综合性能最佳,硬度和导电率分别为69 HB和85.3%·IACS,相对于2μm单一粒径TiB2颗粒增强TiB2/Cu复合材料的硬度和导电率分别提高了12.2%和4.8%;TiB2颗粒混杂粒径TiB2/Cu复合材料的增强作用来源于获得了均匀致密的微观组织,不同粒径TiB2颗粒在铜基体中更加弥散分布,使得混杂粒径的TiB2颗粒协同增强铜基体作用更加明显,综合性能明显提高。

控制P_(max)不变条件下Cu/WC_P复合材料疲劳裂纹扩展行为的研究

通过粉末冶金热压烧结制备不同碳化钨(WC_P)含量(3vol%、9%和15vol%)的Cu/WC_P颗粒增强复合材料。控制P_(max)保持不变的条件下,研究了应力比(R=0.1、0.3和0.5)对Cu/WC_P颗粒增强复合材料裂纹扩展速率的影响。结果表明:随着应力比R的增加,Cu/WC_P颗粒增强复合材料的疲劳裂纹扩展速率da/dN逐步降低,疲劳寿命逐步增加。随着应力比R的增大,疲劳裂纹断口的塑性断裂越来越明显,裂纹尖端钝化越显著,且粗糙程度和二次裂纹数量增加。

SiCp尺寸对SiCp/Cu基复合材料抗磨性能的影响

以纳米级(30nm)、亚微米级(130nm)、微米级(14μm)3种粒径的SiCp和微米级(10μm)铜粉为原料,用冷压烧结和热挤压方法制备了纳米、亚微米和微米级SiCp/Cu复合材料,考察了SiCp尺寸对SiCp/Cu复合材料抗磨性能的影响.结果表明,不同尺寸的SiCp颗粒作为增强相均能显著改善铜基复合材料的抗磨性能;随着SiCp尺寸的增大,SiCp/Cu复合材料的抗磨性能提高幅度显著增大,但偶件磨损表面的犁削加剧;以微米级SiCp为原料制备的SiCp/Cu复合材料的抗磨性能最佳,但其导致偶件40Cr钢犁削作用显著加剧.从摩擦副整体的摩擦磨损性能角度而言,宜采用SiCp尺寸为130nm的SiCp/Cu复合材料同40Cr钢组成摩擦副.

无压浸渗法制备SiC/Cu-Al复合材料的工艺研究

以Cu包裹SiC颗粒形成的SiC/Cu复合粉体为增强体,采用无压浸渗工艺制备含SiC为70%体积分数的SiC/Cu-Al复合材料。通过正交试验研究了制坯压力、浸渗温度和浸渗时间对浸渗深度的影响。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析了复合材料的形貌和相结构。结果表明,在制坯压力10 MPa、浸渍温度850℃、浸渍时间3 h条件下,SiC/Cu-Al复合材料的组织均匀、致密度好、无明显气孔缺陷,其膨胀系数为6.932 3×10-6/℃。

颗粒增强Cu基复合材料的导电性

采用内氧化工艺和粉末冶金制备了不同体积分数和不同增强相的Cu基复合材料,测试了Cu基复合材料的导电性能。结果表明,内氧化工艺制备的Al2O3/Cu复合材料的电导率和密度均高于粉末冶金工艺制备的Al2O3/Cu复合材料,且复合材料的电导率和密度随Al2O3颗粒增强相含量的增加而降低;另外,Cu基复合材料的电导率随颗粒-基体的热膨胀系数差值的增大而降低。微观组织观察表明,界面结合状态与复合材料的电导率密切相关。内氧化法制备的Al2O3/Cu复合材料比粉末冶金法制备的Al2O3/Cu复合材料晶界排列更整齐致密。

TiC原位增强Al-4.5Cu合金的强韧化机理

对自蔓延反应制备的TiC／Al—4．5Cu复合材料进行拉伸性能测试，并通过光学显微镜、X射线衍射、透射电镜等手段，对TiC颗粒的增强机理进行分析。结果表明，原位生成的增强相TiC粒子随着温度的升高（800-1000℃）不断增多，复合材料的拉伸性能也随之提高；由于熔融Al阻碍了TiC颗粒的聚集长大，细小的TiC颗粒弥散分布于熔体中，并作为十Al凝固时的异质形核核心，有效地强化了基体。

拉拔形变率对Al2O3颗粒增强Cu基复合材料组织和硬度的影响

研究了拉拔形变率对Al2O3颗粒增强Cu基复合材料组织和硬度演变规律的影响。结果表明：基体中弥散分布着高体积分数的球状纳米级Al2O3强化相粒子,尺寸为30-60 nm;经拉拔处理后组织形变量增加,晶粒中生成了位错缠结界面以及带状组织。随着拉拔形变率增加,平行于拉拔方向的晶粒发生明显拉长,晶粒的长宽比也明显增大。Al2O3颗粒增强Cu基复合材料在拉拔过程中会产生加工硬化现象,基体中产生大量位错,弥散态Al2O3强化相颗粒会对这些位错产生显著钉扎效果,进而抑制了基体位错的运动。