(Al-)Ti-B-Cu系原位合成颗粒增强铜基复合材料的反应机理及性能研究
发布时间：2022-01-23 19:20
本文以Ti-B-Cu、Al-Ti-B-Cu体系为原料,通过原位反应法制备了 TiB2颗粒增强的铜基复合材料,并对两体系分别进行了热力学分析。通过真空烧结两体系,对反应产物进行SEM、TEM、FIB-SEM组织观察和EDS能谱分析,并结合XRD进行物相鉴定。结合DSC曲线探索两体系的反应机理,计算反应活化能。结果表明,两体系均可沿热力学方向反应,均能在Cu基体中形成TiB2颗粒增强相。此外,本论文对两体系制备出的铜基复合材料进行了拉伸、摩擦磨损性能研究。反应机理研究表明:Ti-B-Cu体系在烧结过程中发生了两步化学反应,表观活化能分别为453.94 KJ/mol和1139.85 KJ/mol。Al-Ti-B-Cu体系在烧结过程中发生了三步化学反应,表观活化能分别为 997.68 KJ/mol、823.09 KJ/mol和 2560.71 KJ/mol。显微组织分析表明:不同的增强体含量和球磨时间对复合材料的显微组织存在较大影响。增强体含量为20 vol.%,球磨时间为8h的铜基复合材料具有最佳的显微组织,增强颗粒细小弥散,组织相对均匀。相同条件下,Al-Ti-B-Cu体系中的TiB2颗粒...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２实验流程图??
图４．１?ＤＳＣ热分析仪结构示意图??ａ）系统结构示意图，ｂ）样品室示意ｒａ??本实验屮采用的是ＳＴＡ４４９Ｃ型号的ＤＳＣ热分析仪，其结构示意图如图４．１。ＤＳＣ??热分析仪的真空反应炉的布局与我们实验中采用的真空感应加热炉十分相似，ＤＳＣ坩埚??中样品质量为５？１０?ｍｇ，其所处的环境和条件也类似于放置在实际，真空感应加热炉屮的??圆柱形试样，当ＤＳＣ炉内温度升高到反应温度时，样品发牛反应，这与实际反应装置??中的反应过程类似。因此，获得的ＤＳＣ曲线可以用来测定Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ体系和Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ??体系在加热和冷却阶段的反应温坆，结合ＸＲ丨）鉴定反应产物的相组成、ＳＥＭ判断反应??产物的形态及分布状况、ＥＤＳ分忻相应纟ＪＩ织的元素组成，从而分析反应机理。??本实验中就增强体休枳分数为２０?ｖｏｌ．％的Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ和ＡＩ－Ｔｉ－Ｂ－ＣＵ体系进行反应机理??分析。??４．１?Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．％）体系的反应机理分析??针对Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．％）体系，可知在Ｔｉ－Ｂ分体系中，含Ｂ量为３１?ｗｔ．％，在Ｔｉ－Ｃｕ??分体系中
图４．２分体系二元相图丨Ｍ１??ａ）?Ｔｉ－Ｂ?系，ｂ）?Ｔｉ－Ｃｕ?系??图４．３为Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．°／。）体系在２０?Ｋ／ｍｉｎ的升温速率下，由室温加热至丨３７３Ｋ得??到的ＤＳＣ反应曲线图。从图中可以看出，在整个加热过程中，有两个放热反应峰，峰??值温度分别为：Ｔｍｌ＝１２２１Ｋ、Ｔｍ２＝１３０５Ｋ，本文中将两个反应峰记为ｓｔｅｐｌ和ｓｔｅｐ２。在??１２２１Ｋ处，放热峰比较平缓，且此时体系仍处于固态，故推测此处微弱的放热反应对应??的是Ｃｕ、Ｔｉ固态原子之间产生相互扩散得到中间产物ＣｉｕＴｉ的过程。而在１３０５Ｋ处，??放热峰较为尖锐，可见此处发生了剧烈的放热反应，推断此处发生了?ＴｉＢ２的合成反应。??此外，在１３４７Ｋ处，还有一个剧烈的吸热反应，而Ｃｕ的溶点为丨３５６Ｋ，两温度相近，??故此处的吸热峰认为是Ｃｕ熔化吸热所致。同理，冷却过程中，在１３４１Ｋ左右的放热峰??应为Ｃｕ基体的凝固所致。??２－?１３０５Ｋ－．??１２２１Ｋ?？??ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]钨丝增强铜基复合材料超高速撞击后的微观损伤（英文）[J]. 张杨,吴哲. 稀有金属材料与工程. 2016(10)
[2]Cu-Ti合金与H2O2直接氧化法制备Cu掺杂TiO2薄膜[J]. 王先飞,潘冶,吴继礼,李星洲. 材料工程. 2016(01)
[3]铜基复合材料的导电性研究现状[J]. 于竹丽,朱和国. 材料导报. 2015(S2)
[4]Effect of Milling Time on the Microstructure and Tensile Properties of Ultrafine Grained Ni–SiC Composites at Room Temperature[J]. Hefei Huang,Chao Yang,Massey de los Reyes,Yongfeng Zhou,Long Yan,Xingtai Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2015(09)
[5]颗粒增强铜基复合材料制备及应用研究[J]. 杨宏,刘强,毕良本. 科技风. 2014(16)
[6]新型碳纳米材料增强铜基复合材料的研究进展[J]. 辛丽莎,孙瑞雪. 材料导报. 2013(09)
[7]Effect of sintering temperature on the preparation of Cu-Ti3 SiC2 metal matrix composite[J]. Tungwai L.Ngai,Wei Zheng,Yuanyuan Li. Progress in Natural Science:Materials International. 2013(01)
[8]铜基复合材料的研究新进展[J]. 韩昌松,郭铁明,南雪丽,惠枝,张定仓. 材料导报. 2012(19)
[9]Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及其磨损性能研究[J]. 贲云飞,徐桂芳,杨娟,程晓农. 热加工工艺. 2012(14)
[10]颗粒增强金属基复合材料的研究进展[J]. 贺毅强. 热加工工艺. 2012(02)
硕士论文
[1]纳米颗粒增强铜基复合材料工艺及性能的研究[D]. 周加敏.西南交通大学 2017
[2]石墨烯/铝、碳纳米管/铝复合材料的超声制备及其性能研究[D]. 徐驰.南京理工大学 2017
[3]钇铝石榴石/金属氧化物复合纳米纤维的静电纺丝法制备及其性能研究[D]. 贾宝兰.兰州理工大学 2016
[4](Al-)Ti-C-Cu系原位反应合成铜基复合材料的反应机理及力学性能研究[D]. 董抗.南京理工大学 2016
[5]SiC/Cu复合材料的制备与组织性能研究[D]. 蔡旭升.西南交通大学 2015
[6]铜基摩擦制动材料的制备及摩擦磨损性能研究[D]. 韩丹.长春工业大学 2015
[7](TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩擦磨损性能研究[D]. 蒋娅琳.南京理工大学 2015
[8]原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料制备[D]. 贾娜姿.华中科技大学 2014
本文编号：3605004
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：85 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．２实验流程图??
图４．１?ＤＳＣ热分析仪结构示意图??ａ）系统结构示意图，ｂ）样品室示意ｒａ??本实验屮采用的是ＳＴＡ４４９Ｃ型号的ＤＳＣ热分析仪，其结构示意图如图４．１。ＤＳＣ??热分析仪的真空反应炉的布局与我们实验中采用的真空感应加热炉十分相似，ＤＳＣ坩埚??中样品质量为５？１０?ｍｇ，其所处的环境和条件也类似于放置在实际，真空感应加热炉屮的??圆柱形试样，当ＤＳＣ炉内温度升高到反应温度时，样品发牛反应，这与实际反应装置??中的反应过程类似。因此，获得的ＤＳＣ曲线可以用来测定Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ体系和Ａｌ－Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ??体系在加热和冷却阶段的反应温坆，结合ＸＲ丨）鉴定反应产物的相组成、ＳＥＭ判断反应??产物的形态及分布状况、ＥＤＳ分忻相应纟ＪＩ织的元素组成，从而分析反应机理。??本实验中就增强体休枳分数为２０?ｖｏｌ．％的Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ和ＡＩ－Ｔｉ－Ｂ－ＣＵ体系进行反应机理??分析。??４．１?Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．％）体系的反应机理分析??针对Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．％）体系，可知在Ｔｉ－Ｂ分体系中，含Ｂ量为３１?ｗｔ．％，在Ｔｉ－Ｃｕ??分体系中
图４．２分体系二元相图丨Ｍ１??ａ）?Ｔｉ－Ｂ?系，ｂ）?Ｔｉ－Ｃｕ?系??图４．３为Ｔｉ－Ｂ－Ｃｕ（２０?ｖｏｌ．°／。）体系在２０?Ｋ／ｍｉｎ的升温速率下，由室温加热至丨３７３Ｋ得??到的ＤＳＣ反应曲线图。从图中可以看出，在整个加热过程中，有两个放热反应峰，峰??值温度分别为：Ｔｍｌ＝１２２１Ｋ、Ｔｍ２＝１３０５Ｋ，本文中将两个反应峰记为ｓｔｅｐｌ和ｓｔｅｐ２。在??１２２１Ｋ处，放热峰比较平缓，且此时体系仍处于固态，故推测此处微弱的放热反应对应??的是Ｃｕ、Ｔｉ固态原子之间产生相互扩散得到中间产物ＣｉｕＴｉ的过程。而在１３０５Ｋ处，??放热峰较为尖锐，可见此处发生了剧烈的放热反应，推断此处发生了?ＴｉＢ２的合成反应。??此外，在１３４７Ｋ处，还有一个剧烈的吸热反应，而Ｃｕ的溶点为丨３５６Ｋ，两温度相近，??故此处的吸热峰认为是Ｃｕ熔化吸热所致。同理，冷却过程中，在１３４１Ｋ左右的放热峰??应为Ｃｕ基体的凝固所致。??２－?１３０５Ｋ－．??１２２１Ｋ?？??ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]钨丝增强铜基复合材料超高速撞击后的微观损伤（英文）[J]. 张杨,吴哲. 稀有金属材料与工程. 2016(10)
[2]Cu-Ti合金与H2O2直接氧化法制备Cu掺杂TiO2薄膜[J]. 王先飞,潘冶,吴继礼,李星洲. 材料工程. 2016(01)
[3]铜基复合材料的导电性研究现状[J]. 于竹丽,朱和国. 材料导报. 2015(S2)
[4]Effect of Milling Time on the Microstructure and Tensile Properties of Ultrafine Grained Ni–SiC Composites at Room Temperature[J]. Hefei Huang,Chao Yang,Massey de los Reyes,Yongfeng Zhou,Long Yan,Xingtai Zhou. Journal of Materials Science & Technology. 2015(09)
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[6]新型碳纳米材料增强铜基复合材料的研究进展[J]. 辛丽莎,孙瑞雪. 材料导报. 2013(09)
[7]Effect of sintering temperature on the preparation of Cu-Ti3 SiC2 metal matrix composite[J]. Tungwai L.Ngai,Wei Zheng,Yuanyuan Li. Progress in Natural Science:Materials International. 2013(01)
[8]铜基复合材料的研究新进展[J]. 韩昌松,郭铁明,南雪丽,惠枝,张定仓. 材料导报. 2012(19)
[9]Cu/Ti3SiC2复合材料的制备及其磨损性能研究[J]. 贲云飞,徐桂芳,杨娟,程晓农. 热加工工艺. 2012(14)
[10]颗粒增强金属基复合材料的研究进展[J]. 贺毅强. 热加工工艺. 2012(02)
硕士论文
[1]纳米颗粒增强铜基复合材料工艺及性能的研究[D]. 周加敏.西南交通大学 2017
[2]石墨烯/铝、碳纳米管/铝复合材料的超声制备及其性能研究[D]. 徐驰.南京理工大学 2017
[3]钇铝石榴石/金属氧化物复合纳米纤维的静电纺丝法制备及其性能研究[D]. 贾宝兰.兰州理工大学 2016
[4](Al-)Ti-C-Cu系原位反应合成铜基复合材料的反应机理及力学性能研究[D]. 董抗.南京理工大学 2016
[5]SiC/Cu复合材料的制备与组织性能研究[D]. 蔡旭升.西南交通大学 2015
[6]铜基摩擦制动材料的制备及摩擦磨损性能研究[D]. 韩丹.长春工业大学 2015
[7](TiB2+α-Al2O3)颗粒增强铜基复合材料的原位反应机理及摩擦磨损性能研究[D]. 蒋娅琳.南京理工大学 2015
[8]原位Al2O3颗粒增强铝基复合材料制备[D]. 贾娜姿.华中科技大学 2014
本文编号：3605004
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