WC/Cu表面复合材料的搅拌摩擦加工制备及组织性能研究

摘要

本文选取T2紫铜作为基材，采用搅拌摩擦加工方法（Friction Stir Processing， FSP）制备WC/Cu表面复合材料，在优化FSP制备工艺的基础上，研究WC含量、粒径对表面复合层组织与性能的影响，探讨其影响机制；同时，针对FSP制备表面复合材料实用性较差的问题，提出并初步尝试利用搅拌摩擦增材制造实现WC/Cu表面复合材料的制备。
　　研究结果表明：在本试验条件下，采用带螺纹锥形搅拌针的搅拌头，在搅拌头旋转速度n=950r/min、行进速度v=23.5mm/min（n/v值=40.43）、倾斜角2o，经过3道次FSP可获得具有良好成型，增强相较为分散的WC/Cu表面复合材料，在FSP过程中使用氩气进行保护，有利于减少表面复合层的氧化。WC含量、粒径对表面复合材料的成型，复合层中颗粒分散和形态有明显的影响，随着WC含量提高或加入颗粒粒径减小，材料塑化迁移更为困难，破碎的颗粒更易重新团聚，结果颗粒分散均匀性更差，复合层中颗粒粒径反而变大，随WC加入量的增多而增大。
　　WC原始粒径和加入量对表面复合层的组织与性能具有明显的影响。一定范围内，随着WC原始粒径的增大，WC在复合材料分布的均匀性更好；随着WC加入量的增大，WC在复合材料分布的均匀性变差。复合材料的硬度随WC的原始粒径得增大而增大，随WC加入量的增多而增大。随WC加入量的提高，复合层的平均表面硬度有增大的趋势，当WC加入量为15.7vol.％时，其表面平均硬度达到179.86HV，较T2紫铜提高了约140%；从显微硬度的分布情况看，随WC加入量的提高，其表面显微硬度分布更为不均，表明复合层表面WC增强相分散均匀性随WC加入量的提高而下降。复合层的抗拉强度随WC加入量的提高而增大，当WC加入量为15.7vol.%时，复合层的抗拉强度达到了283MPa，相比未加入WC的搅拌摩擦加工试样提高了28.6%；而延伸率的变化趋势与抗拉强度正好相反，随WC加入的增加而降低。WC的加入，能大幅提高复合层的表面耐磨性能，随着WC加入量，表面复合材料的磨损量逐渐降低，WC的加入，对复合层起到了很好的润滑减摩作用。WC的加入一定程度地降低了复合层的导电性，当WC加入量为15.7vol.%时，复合层的电导率为36.45MS/m，较未加入WC搅拌摩擦加工试样降低了约15.86%。
　　当采用搅拌摩擦增材制造WC/Cu表面复合材料的轴肩下压量为0.15mm时，可获得成型良好、界面结合清晰的表面复合材料。

目录

第一章 绪论

1.1 选题依据、目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3主要研究内容

第二章 试验条件和方法

2.1 试验条件

2.2 试验方法

第三章 WC/Cu表面复合材料的搅拌摩擦加工制备

3.1 FSP工艺对复合材料宏观形貌的影响

3.2 WC加入量及粒径对复合层中颗粒分散及形貌的影响

3.3 复合层的形成机理

3.4 本章小结

第四章WC/Cu表面复合材料的性能研究

4.1 WC/Cu表面复合材的硬度

4.2 WC/Cu表面复合材料的拉伸性能及断裂机制

4.3 WC/Cu表面复合材料的磨损行为

4.4 WC/Cu表面复合材料的导电性

4.5 本章小结

第五章 WC/Cu表面复合材料搅拌摩擦增材制造的初探

5.1 搅拌摩擦增材制造试验方法

5.2 轴肩下压量对表面复合材料制备的影响

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

声明