HfO_(2)掺杂对湿化学法制备W-20Cu复合材料微观组织和性能的影响

采用湿化学法制备W-20Cu复合粉体,通过喷雾干燥法得到球壳状前驱体,再通过氢气还原成功将弥散分布的HfO_(2)第二相颗粒引入W-20Cu复合粉体,确定了引入的HfO_(2)在W-20Cu复合粉体中的存在形式以及分布状态。采用高温液相烧结制备了细小HfO_(2)颗粒均匀分布的W-20Cu复合材料。结果表明:由于HfO_(2)颗粒在W颗粒表面和W/Cu界面间隙中弥散分布,抑制了W颗粒在烧结过程中的粗化,从而降低了W-W的连通性,使得W-20Cu复合材料表现出较高的综合性能。其中,烧结温度在1350℃时,块体的致密度较高,均为97%,掺杂0.5%HfO_(2)制备得到的复合材料综合性能最佳,其硬度最大可达到338HV,抗弯强度为826 MPa,热导率为209 W/(m·K)。

颗粒13X分子筛复合材料去除水中Cu^(2+)的机理及共存Pb^(2+)、Cd^(2+)、Zn^(2+)的影响研究

制备了颗粒13X分子筛复合材料,将其装填为固定床,探究复合材料去除水中Cu^(2+)的机理及共存重金属离子Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)对复合材料固定床去除Cu^(2+)性能的影响。结果表明,在进水流速为150 mL·min^(-1)、Cu^(2+)浓度为100 mg·L^(-1)的条件下,固定床运行23.5 h后,Cu^(2+)达到穿透点,复合材料对Cu^(2+)的饱和富集量为1.58 mmol·g^(-1)(铜含量达10.03%)。颗粒13X分子筛复合材料去除Cu^(2+)的机理主要包括离子交换吸附和表面沉淀。Cu^(2+)-Pb^(2+)、Cu^(2+)-Cd^(2+)和Cu^(2+)-Zn^(2+)二元体系的运行结果表明,Pb^(2+)、Cd^(2+)和Zn^(2+)的共存分别使Cu^(2+)的穿透时间提前了34.0%、40.4%和53.6%,进出水中Cu^(2+)浓度相等时复合材料对Cu^(2+)的富集量分别降低到0.28 mmol·g^(-1)、1.08 mmol·g^(-1)和1.55 mmol·g^(-1),影响强弱顺序为Pb^(2+)>Cd^(2+)>Zn^(2+)。水合离子直径和水合能越小、电负性越大的共存重金属离子,对复合材料去除Cu^(2+)产生的不利影响越强。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

(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。

基于RSM-BBD的Ni-Cu-P/CeO_(2)镀层的制备与性能

在化学镀Ni-Cu-P三元镀层的基础上,向镀液中加入CeO_(2)纳米颗粒,并采用响应面实验设计(RSM-BBD)进行镀液配方优化,利用最佳的配方制备了Ni-Cu-P/CeO_(2)复合镀层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)、电化学工作站和显微硬度仪等研究了复合镀层的表面形貌、微观组织结构、耐蚀性以及硬度。结果表明:Ni-Cu-P镀层和Ni-Cu-P/CeO_(2)复合镀层的表面光滑平整,没有胞状颗粒,复合镀层中有CeO_(2)颗粒镶嵌在其中,且复合镀层的晶粒更细小更致密;Ni-Cu-P镀层的硬度和孔隙率分别为479.1 HV0.1和0.12,加入CeO_(2)颗粒后复合镀层的硬度增加,孔隙率更低,分别为678.7 HV0.1和0.04;极化曲线测试结果表明,Ni-Cu-P/CeO_(2)复合镀层的耐蚀性比Ni-Cu-P镀层的耐蚀性更好,其腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-0.559 V和7.943×10^(-8)A·cm^(-2)。

原位合成ZrB_(2)增强铜基复合材料的组织及性能与制备温度的关系

以Cu-5B中间合金和海绵锆为原料,通过熔铸法在Cu熔体中原位合成了ZrB_(2)颗粒增强Cu基复合材料,并利用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)和能谱仪等研究了不同制备温度下Cu-ZrB_(2)复合材料的组织及性能。结果表明:随着制备温度的升高,复合材料中的ZrB_(2)颗粒趋向集聚,生成量减少,且ZrB_(2)聚集团的平均尺寸快速增大。扫描电镜结果表明铜基体中的ZrB_(2)颗粒存在多种形貌,当制备温度为1150℃时,颗粒为不规则片状,尺寸在0.5μm左右;当温度升高到1250℃时,颗粒生长为板状,尺寸达到了5μm以上。另外,制备温度也会对复合材料的性能产生影响,当温度从1150℃升高到1300℃时,复合材料的硬度从105.4 HV0.5降低到80.7 HV0.5,导电率从454.3 S·cm^(-1)下降到420.5 S·cm^(-1)。

CNTs添加对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料耐电弧侵蚀性能的影响

Cu-Al_(2)O_(3)复合材料具有优异的传导性能和力学性能,在耐磨材料领域具有广阔的应用前景。为进一步提升电摩擦条件下复合材料的耐电弧侵蚀性能,本文采用内氧化法与粉末冶金法相结合制备了不同碳纳米管(CNTs)含量的CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料,观察了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料中增强相的分布及其与基体界面结合情况,研究了添加不同含量CNTs对Cu-Al_(2)O_(3)复合材料传导性能和力学性能的影响,重点探究了CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料的耐电弧侵蚀机制。结果表明:原位生成的纳米Al_(2)O_(3)颗粒钉扎位错及对CNTs分布具有调控作用,使CNTs弥散分布在铜基体中。与Cu-Al_(2)O_(3)复合材料相比,CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料燃弧时间和燃弧能量明显降低,波动更平稳。在电弧侵蚀过程中,熔池中的CNTs会上浮至表面分散电弧,减小集中侵蚀区域;纳米Al_(2)O_(3)颗粒可以稳定熔池,减小熔融液滴的喷溅,有效减小CNTs/Cu-Al_(2)O_(3)复合材料质量损失。其中添加1.2vol%CNTs的CNTs/Cu-3.5Al_(2)O_(3)复合材料的燃弧时间和燃弧能量最低、最稳定。这一研究结果对耐烧蚀材料的研究提供有利的理论依据。