氧化物弥散强化铜合金粉末制备及其在金刚石工具中的应用研究

发布时间：2017-10-05 08:34

  本文关键词：氧化物弥散强化铜合金粉末制备及其在金刚石工具中的应用研究

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【摘要】：铜基胎体材料由于其优异的可成型性和较低的烧结温度,而广泛应用在金刚石锯片的制造中。在使用时通常会添加Sn、Zn等元素,一方面是通过固溶强化的作用强化胎体,另一方面是为了改善铜对金刚石颗粒的润湿性。而金刚石锯片在工作过程中会产生大量的热,使铜基胎体出现高温软化,导致其对金刚石的把持能力降低,使用寿命缩短。因而,提高铜基胎体的抗高温软化能力便成为改善其使用寿命的重要切入点。从金属强化理论出发,考虑到弥散强化则不仅可以起到强化胎体的作用,还能够使基体具有良好的抗高温软化能力。因而,本文考虑到胎体的成本,选择以弥散强化铜锌合金为研究对象,主要进行了以下几点研究：(1)以内氧化法制备的氧化铝弥散强化铜粉及锌粉为原料,采用扩散法制备了锌含量为20%的弥散强化铜锌合金粉末。扩散工艺为500℃条件下扩散一小时；制备的ODSCuZn20合金粉末,其松装密度为2.52g/cm3,氧含量为3457ppm。(2)对比研究了ODSCuZn20合金粉末及非弥散强化CuZn20合金粉末的热压烧结性能。结果表明,ODSCuZn20烧结体中的氧化铝相起到了良好的弥散强化作用；在烧结温度为760℃,30Mpa保压烧结3min的条件下,ODSCuZn20烧结体的硬度相比于非弥散强化的CuZn20烧结体提高了11HRB,抗弯强度达到了517Mpa。(3)为了探究ODSCuZn20烧结体的抗高温软化能力,实验将两种合金粉末的烧结试样分别在600℃、700℃、800℃下保温一小时后淬火并测试其硬度,进而间接表征其红硬性。发现淬火前后ODSCuZn20烧结体的硬度基本保持不变,而非弥散强化CuZn20烧结试样的硬度降低明显,说明ODSCuZn20具有更好的抗高温软化能力。(4)为进一步探究ODSCuZn20合金粉末的实际应用效果,实验用ODSCuZn20合金粉末、非弥散强化CuZn20合金粉末分别替代典型胎体配方中的CuSn10合金粉末,用三种胎体制备成金刚石锯片,并进行切割实验对比其切割效果。实验结果表明,含ODSCuZn20的锯片切割速度与其余两种锯片相当,且其使用寿命相对于非弥散强化CuZn20锯片和CuSn10锯片分别延长了68%和96.8%；之后利用电子显微镜观察了不同配方锯片胎体的表面形貌,发现含ODSCuZn20锯片的胎体犁沟浅且表面平整,“蝌蚪”状拖尾较其余两种胎体锯片更加明显,说明其更加耐磨且对金刚石有更好的支撑作用；统计锯片刀头上不同磨损形态金刚石颗粒所占的比例,发现ODSCuZn20锯片金刚石脱落率较低,有利于金刚石工具使用寿命的延长。
【关键词】：弥散强化 铜合金 热压烧结 金刚石工具
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF123;TG717
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 1 绪论12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 金刚石工具胎体简介12-19
• 1.2.1 金刚石工具胎体分类12-15
• 1.2.2 改善金刚石工具使用性能的方式15-18
• 1.2.3 存在的问题18-19
• 1.3 弥散强化与金刚石工具19-25
• 1.3.1 弥散强化机理19-22
• 1.3.2 典型弥散强化材料及其应用22
• 1.3.3 弥散强化材料在金刚石工具中的应用22-25
• 1.4 选题的意义及创新点25-26
• 2 技术路线及实验方法26-30
• 2.1 技术路线及原料的选择26-27
• 2.2 主要测试方法27-30
• 3 ODSCuZn20合金粉末的制备及其热压烧结性能研究30-41
• 3.1 ODSCuZn20合金粉末的制备30-32
• 3.2 ODSCuZn20与CuZn20热压烧结对比实验研究32-38
• 3.2.1 ODSCuZn20与CuZn20热压烧结性能对比32-35
• 3.2.2 ODSCuZn20烧结试样显微组织分析35-38
• 3.3 ODSCuZn20高温红硬性研究38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 ODSCuZn20合金粉末在金刚石锯片中的应用研究41-54
• 4.1 金刚石锯片的制备41-43
• 4.2 金刚石锯片锯切性能及锯片实际切割深度计算43-47
• 4.3 金刚石锯片切割后金刚石形貌分析47-52
• 4.4 本章小结52-54
• 结论54-55
• 参考文献55-60
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果60-61
• 致谢61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 郭明星;汪明朴;李周;雷若珊;罗丽;;纳米Al_2O_3粒子浓度对弥散强化铜合金退火行为的影响[J];功能材料;2006年03期

2 申玉田,崔春翔,徐艳姬,孟凡斌;Cu-Al_2O_3复合材料的塑性变形与再结晶[J];机械工程材料;2001年03期

3 王凤荣;陈哲;刘一波;张晋远;;金刚石工具金属结合剂的磨损特性[J];金刚石与磨料磨具工程;2007年01期

4 杨俊德,彭振斌,陈石林,陈启武;金刚石钻头钻进过程中金刚石磨损规律试验研究[J];矿冶工程;2003年04期

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本文编号：975809