粉末冶金制备Fe-Cu复合材料及其性能研究

摘要

本文设计制备了一种兼具强度及导电性的Fe-Cu复合材料，Cu在整个材料中起到粘结相的作用，并形成导电网络提高导电性。Fe基组织为强化相。通过复合协同效应，制备出兼具Cu的优良导电导热性能等物理性能，以及Fe基组织的强度、耐磨性等力学性能的复合材料。
　　文中采用真空热压烧结的方法来制取Fe-Cu复合材料。试验中先将固定比例的电解Cu粉与Fe基预合金钢粉在球磨机中混合，随后在管式还原炉中还原彻底，还原结束后放入真空热压烧结设备中进行烧结，在烧结中使Cu相熔化形成液相。完成烧结后确定出烧结的最佳工艺。再计算导电Cu相的尺寸，优化设计材料。采用调质处理的强韧化手段，进一步对Fe-Cu复合材料进行强化。最后将制备的材料进行高速载流摩擦磨损试验，测试其磨损性能，以及抗电烧蚀性能。并用OM金相显微镜对Fe-Cu复合材料的形貌结构进行观测。用XRD对烧结后以及调质后的材料进行了定性分析。通过SEM对粉末形态、材料的微观形貌、摩擦磨损试样表面形貌进行了了分析，并进一步用TEM对材料烧结前后的微观组织进行了研究。
　　研究结果表明，真空热压烧结的最优工艺参数为：烧结温度1040℃，烧结时间30min，烧结压力30MPa，真空度6.6×10-3Pa，此时的Fe-Cu材料性能最为优异。再进行计算分析，控制Cu含量，在Cu量为60％时，材料导电性与力学性能兼具，导电率达到25%IACS，抗拉强度接近500MPa。之后的调质处理最优工艺参数为1000℃低温淬火，550℃下多次回火。得到Fe-Cu复合材料的抗拉强度为572MPa，材料断口可以看出大小不一的韧窝，强化相在基体中起到双重弥散强化作用。导电率维持在25%IACS左右。基体组织主要为Cu以及Fe基上的M6C、M23C6、MC型碳化物。
　　Fe-Cu复合材料的摩擦磨损试验研究了不同载荷、滑动速度、电流下的磨损行为。在小载荷小速度下，材料的磨损以磨粒磨损为主。大电流大速度下材料的磨损机制是磨粒磨损与粘着磨损的混合。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 粉末烧结材料及合金化

1.2 粉末烧结Fe-Cu复合材料制备方法

1.3 Fe-Cu材料强韧化处理

1.4 本课题研究内容

第2章 试验原料及工艺方法

2.1 试验原料

2.2 试验流程

2.3 试验材料分析测试

第3章 粉末烧结

3.1 粉末模型的建立

3.2 粉末的混合

3.3 混合粉末的还原

3.4 烧结工艺的制定

3.5 烧结Fe-Cu复合材料的组织检测

3.6 本章小结

第4章 Fe-Cu复合材料的结构与强韧化处理

4.1 Fe-Cu复合材料的结构

4.2 Fe-Cu复合材料的强韧化

4.3 本章小结

第5章 Fe-Cu复合材料的高速载流摩擦磨损性能研究

5.1 载荷对摩擦性能的影响

5.2 滑动速度对摩擦性能的影响

5.3 磨损表面微观形貌分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢