SiC颗粒增强Cu基复合材料制备工艺及设备的研究

发布时间：2017-12-16 23:01

  本文关键词：SiC颗粒增强Cu基复合材料制备工艺及设备的研究

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【摘要】：CuAl10合金,作为铝青铜的一种,具有较高的强度.耐蚀性.较好的抗高温氧化性及耐磨性被广泛的应用于现代工业零件的生产制造。SiC具有较高的强度、模量、硬度以及较低的膨胀系数,是一种理想的增强体材料,可以进一步提高铜基合金的强度、硬度、耐磨等力学性能,具有广阔的应用前景。本文采用SiC颗粒(5um左右)作为增强体,通过粉末冶金法制备SiC颗粒强化的铜基复合材料,研究不同SiC颗粒表面处理方法对材料组织、结构及性能的影响,并对相关化学镀镍工艺进行一系列参数优化,最后,通过金相显微镜,场发射扫描电子显微镜(SEM),能谱仪(EDS),透射式电子显微镜(TEM),X射线衍射仪(XRD)以及维氏硬度计(VH-5LAC)对不同方法处理的SiC颗粒及其强化的铜基复合材料试样进行表征。实验得出,原始SiC颗粒经过1000℃,10h高温氧化处理后,其表面生成具有一定厚度的Si02保护层。SiC颗粒表面化学镀镍采用有机镍及硼氢化钠醇溶液进行活化处理,在此基础之上,得出最优参数为：pH=9-9.5,水浴温度40℃,SiC的最大加入量约为5g/L时可实现颗粒表面的完全包覆。化学镀镍后的SiC颗粒进行热震分析得出Ni与SiC颗粒的结合力偏小,多次淬冷之后,颗粒表面的Ni大幅度脱落。XRD结果显示,化学镀覆的Ni晶粒较为细小,衍射峰较宽,经过500℃,保温4h退火处理后,Ni转变为NiO,晶粒变大,结晶度较高。本文采用粉末冶金法制备SiC颗粒强化铜铝基复合材料,SEM及EDS结果显示,SiC颗粒在CuAl10基体中分布均匀,无明显团聚现象,镀镍SiC颗粒表面的Ni与周围基体形成扩散固溶区。金相组织照片得出,SiC颗粒的加入明显细化了基体晶粒,其中镀镍SiC颗粒作为强化相时,晶粒细化效果最突出。另外,TEM检测得出原始SiC品粒与基体晶粒结合无明显的扩散,晶界干净平直、无析出相、无界面反应层,晶界处出现孔洞,结合强度较低,而镀镍SiC的晶粒与基体晶粒界面的结合处,形成了大量细小的纳米晶,形貌与SiC晶粒和基体的晶粒不同。本文还对不同质量分数(1wt.%,3wt.%,5.wt.%).不同处理方法(原始,高温氧化,化学镀镍)的SiC颗粒强化的铜铝基复合材料进行维氏硬度测试,得出加入SiC颗粒后,材料硬度高于基体CuA110合金,镀镍SiC颗粒作为强化相时强化效果最明显,原始SiC颗粒强化效果最低,此外,材料的硬度与加入SiC颗粒的质量分数成正比。连铸设备的调试结果表明,ZA27合金的在连铸温度为600℃,冷却水流量为0.15m3/h时,所得试样表面较为光滑完整,晶粒尺寸较为均匀,抗拉强度高达199.5MPa。在合金的半固态温度480℃左右,连铸得到的试样晶粒尺寸更加细小,具有非常大的发展潜力。连铸设备在熔炼、保温、冷却以及牵引等方面运行正常。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

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本文编号：1297777