Al2o3颗粒增强cu基复合材料.doc

Al2o3颗粒增强cu基复合材料 AI203颗粒增强黄铜基复合材料由于具有高导热导电,耐高温和耐磨损等优良特性 , 被普遍认为是用于轴承,轴套及电器元件的理想材料。目前粉末冶金是制备颗粒增强复合材料的一种简便而有效的方法,因为它允许在较宽的范围内控制其成分和显微组织,同时又具有成型的灵活性。这篇文章主要讨论了Al2o3颗粒增强cu基复合材料时的情况。 Al2o3颗粒增强cu-zn合金复合材料 对于Cu-Zn-Al203这几种密度 , 尤其是熔点相差很大的材料来说 , 这种方法又具有一定的特殊性和局限性,其中烧结工序是制备复合材料的关键,直接影响材料的致密度和强韧性,直接决定复合材料的力学性能。 本文将机械合金化与热压烧结工艺相结合,以高能球磨获得的纳米级 AI203为增强体, 用热压烧结法制备 AI203颗粒增强的Cu-Zn 复合材料。在前期研究的基础上 , 进一步探讨烧结规范对复合材料性能的影响。 Cu-Zn-AI203复合材料在不同烧结时间和烧结压力烧结性能如图 l、2 所示。图 3 所示为烧结温度对复合材料硬度和密度的影响，下图是 AI203含量对复合材料硬度和密度的影响。 烧结工艺参数的影响 由图l可见随时间延长，材料硬度和密度均上升，但烧结 2 h以后上升较缓慢。图 2 表明随压力升高，复合材料的硬度和相对密度均升高。压力为60Mpa 时，相对密度可达到96.2%硬 度 值 为 HVl38。由图3 可见随烧结温度提高，材料相对密度缓慢增加， 但硬度在850 ℃以前随温度升高缓慢升高，但在850 ℃以后则显著降低，960 ℃时，复合材料硬度只有HV42，可见烧结温度是一个关键因素。图 4 研究 了 不 同 AI203 含 量 对 复 合 材 料 硬 度 及 密 度 的 影响，AI203含量在 2.5%~5% 之间时，密度略有下降，而硬度上升到 HVl44.3。但 当 AI203 含 量 加 到 l0%时，硬度和密度明显下降。分析认为是由于高的AI203含量使得粉末原始硬度高，加压成型时抗力较高，不易获得致密的组织，实验中金相组织观察也证实这一点。 烧结后复合材料的相结构分析 图 5 为热压烧结复合材料的 X 射线衍射图。烧结温度 850%时间 2h压力 50 Mpa 。由 图 5 a 知，2.5% AI203的铜基复合材料相比未烧结的球磨粉，Cu 衍射峰明显增强，并出现了 AI203的衍射峰，表明烧结过程中原来非晶态的氧化铝发生了晶化转变。图 5 b为 5% AI203 含量 的 Cu-zn 基 复 合 材 料 的 XRD图9可见 Cu 的衍射峰比 2.5 AI203含量的材料弱且宽，说明前者的晶粒细。经计算，5%AI203含量的Cu-zn 基复合材料的晶粒度为3l.l nm ，2.5% AI203的材料为 35.7 nm ，控制了烧结过程中纳米晶的长大。这与Bayer 所做结果基本相符，Bayer 研究了 0%~2.5%Zn合金化 l2h的粉末在 600%和800%退火 6h后的晶粒尺寸，发现晶粒尺寸均在30 nm 以内，表明 Cu-zn 合金在长时间退火中保持了高的热稳定性。 烧结过程分析 材料的烧结过程是由原子扩散形成粘结面,粘结面扩大形成烧结颈 ,从而使颗粒界面形成晶粒界面;晶粒长大,空隙减小,烧结体致密化的过程。热力学认为, 粉末烧结是系统自由能减小的过程,这是烧结过程的驱动力。机械合金化制备的 Cu-Zn-AI203复合粉的烧结过程有其自身的特点。机械合金化制备的 Cu-Zn-AI203合金粉具有很高的位错密度,同时高的表面积和细小的晶粒提供了足够的原子扩散途径。在烧结过程中,原子可以同时通过表面扩散和体积扩散两种方式迁移,因而有利于压坯的致密化过程。在加热加压的烧结过程中加压时间越长,压力越大,烧结体产生的塑性变形可能性越大,孔隙消失的可能性越大,所以密度随保温加压的压力增加和时间延长而增加。烧结温度则通过影响原子的扩散速率而影响复合材料的致密度。烧结温度越高,试样相对密度上升,但温度升高,晶粒尺寸也会长大 , 到一定的程度就会导致材料硬度、强度降低。 结 论 1 烧结温度可较大幅度改变复合材料的密度、硬度 ,烧结温度为850℃时可获得最佳性能。 2 烧结压力的提高有利于提高材料致密度,50 Mpa 即可获得较好的性能。 3 最佳保温时间为 2 h ,过分延长保温时间对该材料的力学性能影响也不明显。 4 控制烧结工艺参数,可获得致密的纳米氧化铝颗粒增强的Cu-Zn 复合材料。 5 氧化铝颗粒含量高,晶粒细,硬度上升;但超过10%以后,材料致密度下降,硬度下降。