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        真空熱壓燒結(jié)制備Cu—5%TiB2銅基復(fù)合材料研究

        2015-05-30 06:08:30李存軍趙華張英等
        關(guān)鍵詞:銅基譜分析熱壓

        李存軍 趙華 張英等

        摘 要:文章以Cu粉(3~5 μm)和TiB2粉(3 μm)為原料,通過真空熱壓燒結(jié)制備了Cu-5%TiB2復(fù)合材料。采用金相分析、X射線衍射、掃描電子顯微分析和X射線能量色散譜對(duì)制備的材料進(jìn)行了表征。表征結(jié)果表明:銅基復(fù)合材料在制備過程中未摻入其他雜質(zhì),TiB2顆粒均勻地分散在銅基復(fù)合材料中,材料未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。 關(guān)鍵詞:真空熱壓燒結(jié);銅基復(fù)合材料

        中圖分類號(hào):U668.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-8937(2015)26-0165-02

        1 概 述

        由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和力學(xué)性能,銅基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在軸承、襯套、齒輪、接頭和閥機(jī)構(gòu)等組件上。在一些特定使用領(lǐng)域,需要提高銅基合金的耐磨性和硬度。利用具有高硬度、高彈性模量和高導(dǎo)電、高熱導(dǎo)的第二相改善銅基復(fù)合材料的耐磨性和硬度成為一種可行的方法。近幾年,一些學(xué)者在Cu-Cr和Cu-Pb合金加入TiB2顆粒制備了銅基復(fù)合材料,但這些方法制備的材料致密性和均勻性較差,基體中均存在著大量的缺陷。

        本文采用真空熱壓燒結(jié)法成功制備了Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料,克服了銅基復(fù)合材料致密性和均勻性較差的問題。

        2 實(shí)驗(yàn)過程

        稱取質(zhì)量為50 g的Cu粉(3~5 μm,99.97%)和TiB2粉(3 μm,99.99%),裝入鋼球球磨罐,研磨球?yàn)閃C球;采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨,球粉比為5:1,轉(zhuǎn)速為200 r/min,球磨時(shí)間為1.5 h。將球磨好的混合粉末稱取38.5 g,放入石墨模具中,利用真空熱壓爐進(jìn)行燒結(jié)。燒結(jié)時(shí)在900 ℃時(shí)保溫10 min,保溫的同時(shí)施加了30 MPa的壓力,保溫結(jié)束后卸壓,隨爐冷卻。

        實(shí)驗(yàn)制備了Cu-0%TiB2和Cu-5%TiB2兩種不同TiB2含量的材料,采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對(duì)制備的材料進(jìn)行了顯微結(jié)構(gòu)分析和表面形貌分析,采用DX-2500型衍射儀對(duì)樣品進(jìn)行了物相分析,采用能譜儀對(duì)合金的化學(xué)成分進(jìn)行了分析。

        3 結(jié)果討論

        3.1 金相分析

        燒結(jié)溫度為900 ℃、加壓30 MPa、保壓10 min制備的純Cu和Cu-5%TiB2復(fù)合材料的金相圖譜。制備的純Cu材料金相圖,如圖1(a)所示,Cu晶粒大小為5~10 μm;制備的Cu-5%TiB2復(fù)合材料的金相圖譜,如圖1(b)所示,TiB2晶粒大小為1~8 μm,均勻的分散在銅基合金中。在金相圖中未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。

        3.2 物相分析

        燒結(jié)溫度為900 ℃、加壓30 MPa、保壓10 min制備的純Cu和Cu-5%TiB2復(fù)合材料的XRD圖譜,如圖2所示。在Cu-5%TiB2復(fù)合材料衍射圖譜中,僅出現(xiàn)Cu和TiB2特征衍射峰;在純Cu衍射圖譜中,僅出現(xiàn)Cu特征衍射峰,無其他雜質(zhì)峰出現(xiàn)。X射線衍射結(jié)果表明,純銅和Cu-5%TiB2復(fù)合材料粉末在球磨、燒結(jié)過程中未發(fā)生氧化,也未引入其他雜質(zhì)。

        3.3 掃描電子顯微分析

        900 ℃燒結(jié)、加壓30 MPa制備的Cu-5%TiB2復(fù)合材料掃描電子顯微形貌圖,如圖3所示。圖中不規(guī)則的黑點(diǎn)為TiB2顆粒,亮灰色區(qū)域?yàn)殂~基體,進(jìn)一步證實(shí)復(fù)合物粉末在球磨、燒結(jié)過程中都未發(fā)生氧化,沒有引入其他雜質(zhì),與XRD結(jié)果相匹配。TiB2顆粒在基體中整體分布均勻,局部有部分顆粒聚集,顆粒大小為1~8 μm。局部放大圖,如圖3(b)和圖3(a)所示,圖中TiB2顆粒與銅基體結(jié)合緊密,存在少量微裂紋和微氣孔,裂紋長度為0.2~0.4 μm,氣孔大小為0.1 μm左右。基體中較大的TiB2顆粒有破碎現(xiàn)象產(chǎn)生,是由于大的TiB2顆粒在熱壓燒結(jié)加壓過程中受到擠壓應(yīng)力而產(chǎn)生的。

        Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料的能譜圖,如圖4所示?!癝pectrum 1”是對(duì)TiB2顆粒的能譜分析,“Spectrum 2” 是對(duì)銅基體的能譜分析。TiB2顆粒能譜分析中除Ti元素峰外,沒有出現(xiàn)其他元素峰;銅基體能譜分析中除Cu元素峰外,沒有出現(xiàn)其他元素峰。能譜分析表明,銅基復(fù)合材料在制備過程中未引入其他雜質(zhì)。

        4 結(jié) 語

        使用真空熱壓燒結(jié)工藝制備了Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料,銅基復(fù)合材料在制備過程中未摻入其他雜質(zhì),TiB2顆粒與銅基體結(jié)合緊密,均勻地分散在銅基復(fù)合材料中;制備的材料致密性和均勻性良好,未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。

        參考文獻(xiàn):

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