粉末冶金技術(shù)案例 現(xiàn)代粉末冶金技術(shù) 教學(xué)課件

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1、粉末冶金技術(shù)案例高強高導(dǎo)高耐熱彌散強化銅合金制備方法與研究現(xiàn)狀彌散強化銅合金是一類具有優(yōu)良綜合物理性能和力學(xué)性能的新型結(jié)構(gòu)功能材料，它兼具高強高導(dǎo)性能和良好的抗高溫軟化能力。其彌散強化相粒子多為熔點高、高溫穩(wěn)定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。這些彌散相粒子以納米級尺寸均勻彌散分布于銅基體內(nèi)，它們與析出強化型銅合金時效析出的金屬間化合物粒子不同，在接近于銅基體熔點的高溫下也不會溶解或粗化，因此可以有效地阻礙位錯運動和晶界滑移，提高合金的室溫和高溫強度，同時又不明顯降低合金的導(dǎo)電性，且耐磨耐蝕性也較高。彌散強化銅合金的出現(xiàn)不僅豐富了銅合金的種類，而且擴大了其使用的溫

2、度范圍。彌散強化銅合金已被廣泛應(yīng)用于電阻焊電極、大規(guī)模集成電路引線框架、燈絲引線、電觸頭材料、大功率微波管結(jié)構(gòu)材料、連鑄機結(jié)晶器、直升機啟動馬達的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚變系統(tǒng)中的等離子作用部件、燃燒室襯套、先進飛行器的機翼或葉片前緣等。液液方應(yīng)法制備DS青銅示意圖接觸反應(yīng)裝置示意圖反應(yīng)噴射成形裝置示意圖一、納米彌散強化Cu-TiB2合金的組織與性能熔體混合原位反應(yīng)——快速凝固裝置工作原理示意圖1、裝置工作原理示意圖2、制備Cu/TiB2合金的結(jié)構(gòu)不同條件下獲得的Cu-TiB2合金SEM照片，(a,b)S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=20，θ=75°,溫度

3、1300℃，1個大氣壓(c,d)S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=15，θ=75°,溫度1300℃，2個大氣壓(e,f)反應(yīng)條件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,溫度1400℃，2.5個大氣壓原位復(fù)合材料XRD分析原位復(fù)合材料TEM照片(a和b)明場像，（c）衍射花樣基體中存在40nm左右的球狀彌散粒子3、制備Cu/TiB2合金的性能3.1制備Cu/0.25wt%TiB2合金電導(dǎo)率雙熔體紊流混合原位反應(yīng)-快速凝固法制備的Cu-0.25wt%TiB2合金錠坯(反應(yīng)條件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,溫度1400℃

4、，2.5個大氣壓)，經(jīng)不同冷拉變形量冷拉后，在900℃氫氣保護下退火0.5小時，其電導(dǎo)率測量結(jié)果3.2制備Cu/0.25wt%TiB2合金的力學(xué)性能不同冷拉變形量的樣品在900℃氫氣保護下退火0.5小時后，合金的各種性能均有所回復(fù)，δ變化于30~35%之間，隨變形量的增大，σ0.2的回復(fù)程度稍有增加，這可能與加工儲能的增大有關(guān)。因為冷加工量越大，儲能越高，在相同退火條件下，回復(fù)驅(qū)動力相對越高。二、雙熔體混合原位反應(yīng)制備Cu/TiB2合金的熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)生成自由能—反應(yīng)溫度關(guān)系三、Cu-TiB2納米彌散強化銅合金的強化機制※Orowan位錯強化b0.2μma0.2μm彌散強化銅合金

5、中形成的Orowan位錯環(huán)(a)位錯繞過粒子TiB2留下Orowan位錯環(huán)(b)TiB2粒子對位錯的釘扎※載荷傳遞強化一般指微米級及以下的增強顆粒，載荷由基體傳遞給顆粒，顆粒有效承擔(dān)載荷，由于載荷傳遞產(chǎn)生的屈服應(yīng)力的增加可表達為：ΔσLT＝σm（1/2*fv）式中σm為基體的屈服應(yīng)力；fv為增強顆粒的體積分?jǐn)?shù)。退火態(tài)純銅基體的屈服強度為45MPa,取其中間值，則ΔσLT為0.8MPa,此項可忽略不計※亞結(jié)構(gòu)（或細晶）強化機制※熱錯配位錯強化Cu-TiB2合金由熱擠壓溫度冷卻下來時，因TiB2與Cu間的熱膨脹系數(shù)差異，會產(chǎn)生應(yīng)力，會以位錯形核的方式（當(dāng)T<0.5Tm時）得到松弛

6、。在550-250℃溫度范圍，可在基體中形成位錯，繼續(xù)冷卻將不能形成位錯，而是在基體中形成殘余熱應(yīng)力。若在550-250℃溫度范圍產(chǎn)生的所有熱應(yīng)變?nèi)恳孕纬晌诲e的方式松弛，擴散過程引起的松弛將不發(fā)生。TiB2顆粒與Cu間的熱膨脹系數(shù)差導(dǎo)致的熱錯配δ為熱錯配以向基體中釋放位錯環(huán)方式松弛，由此在每個顆粒周圍產(chǎn)生的位錯數(shù)為熱錯配產(chǎn)生的強化此項較小忽略不計各種強化機制對Cu-0.5TiB2銅合金材料屈服強度的相對貢獻從表中數(shù)據(jù)可以看出，由各種強化機制預(yù)測的屈服強度的總和與材料的實測值基本保持一致。雖然如此，但是實測值還是略低于理論的預(yù)測值，這種偏差可能是由于合金在雙溶體原位反應(yīng)制備過

7、程中產(chǎn)生了TiB2粒子聚集長大，從而降低了彌散強化效果。四、原位顆粒增強銅基復(fù)合材料導(dǎo)電機制TiB2彌散強化銅合金的電導(dǎo)率除了與基體銅有關(guān)以外，還與TiB2含量的多少及與基體之間的結(jié)合有關(guān)。由于彌散相TiB2粒子細小，含量少，Cu-TiB2材料可按基體型計算.式中ε為Cu-TiB2材料的電導(dǎo)率；ε0和ε1分別為基體Cu和彌散相TiB2的電導(dǎo)率，其值分別為5.86×104Ω-1mm-1和9.0×10-4Ω-1mm-1；c和1-c分別為Cu-TiB2材料中TiB2和基體的體積含量。造成差值Δε的主要原因如下