气雾化Cu-Cr合金粉末组织及性能的研究

摘要

Cu-Cr合金由于结合了Cr的高硬度和Cu良好的导电导热性，被广泛地应用于各行各业，如集成电路引线框架材料，高强磁场的导体材料，电厂的热交换材料和耐蚀部件、电车及电力机车的架空导线、抗氧化热喷涂材料等。然而，由于此合金在凝固过程中极易形成严重的偏析组织，难于采用普通的熔炼和固溶方法制备，此应用受到了限制。采用快速凝固技术，使Cr在Cu中形成过饱和固溶体，经过热处理后，Cr以细小的质点形式析出，均匀分布在Cu基体和晶界上，从而使材料强度大大提高并保证良好综合性能，因此快速凝固技术的发展为研究和开发高性能的Cu-Cr合金开辟了新的途径。
　　本文利用课题组自行研制的小型气雾化设备制备了一系列不同Cr含量的Cu-Cr合金粉末，并且对不同Cr含量以及不同粒度的雾化Cu-Cr合金粉末的晶格常数进行了精确测定和真实固溶度估算。通过对不同粒度和高能球磨后的雾化Cu-1.50at％Cr合金粉末内组织形貌及性能的演化规律进行研究，得出以下结论:
　　1.随着Cr含量的增加，衍射峰向小角度偏移，晶格常数增大，Cr含量从0.21at％增加到1.50at％，其晶格常数相应地从0.361552nm增大到0.361889nm，而Cr的固溶量也随Cr含量的增加而增加，当Cr含量从0.21at％增大到0.86at％时，其真实固溶度与化学成分分析所得的结果基本一致，而当Cr含量为1.50a％时，其真实固溶度为1.268at％，与化学成分结果具有一定差距;随着粉末粒度的减小，衍射峰向小角度偏移，晶格常数增大，粒度从75～106μm减小到＜25μm，其晶格常数从3.61878nm相应地增大到3.61899nm，而其真实固溶度也从1.02at％增加到1.37at％。
　　2.所制备的Cu-1.50at％Cr合金粉末粒度分稚比较集中，呈正态对数分布，其中值粒径d50大约为102μm;粉末主要以由球形颗粒为主，其表面附带少量的卫星颗粒，且随着粉末粒度的减小，卫星颗粒的数量不断减少，球形度增大，表面更加光滑;在粉末内部，Cr相呈云团状均匀弥散地分布在Cu基体上，且随着粉术粒度的减小，Cr相的平均尺寸减小，其组织逐渐由胞状晶、微晶向等轴晶转变;其显微硬度值较小，随着粉末粒度的减小，其显微硬度逐渐增大。
　　3.理论计算表明，液滴的冷却速度只取决于合金液滴的尺寸大小、金属熔液和雾化环境温度差以及熔体和雾化气体的内在物理特性。粒度为15～200μm的气雾化Cu-1.50at％Cr合金液滴冷却速度在103～105Ks-1之间，而且粒度小于48μm的液滴随着粉末粒度的减小冷却速度急剧增大。
　　4.通过高能球磨，雾化Cu-1.50t％Cr粉末的大部分颗粒破碎成片状。随着球磨时间的延长，颗粒尺寸先增大后减小，且衍射峰明显宽化且强度逐渐降低，并且其位置也逐渐向小角度偏移;粉末的晶粒尺寸和显微应变随球磨时间的延长呈先减小后增大的趋势;在球磨初期，随着球磨时间的延长，雾化粉末的显微硬度明显得到提高，但是随着球磨时间继续延长，粉末的显微硬度有所下降。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 快速凝固Cu-Cr合金的研究现状

1．2．1 熔甩法

1．2．2 雾化法

1．2．3 喷射沉积法

1．2．4 激光表面合金化法

1．3 气雾化概述

1．3．1 气雾化的工作原理

1．3．2 气雾化过程的研究

1．3．3 影响气雾化粉末性能的因素

1．4 本课题研究的目的及内容

1．4．1 本课题研究的目的

1．4．2 本课题研究的内容

2 研究方案与实验方法

2．1 技术路线与实验材料

2．2 实验设备

2．2．1 气雾化装置

2．2．2 雾化喷嘴的选择

2．2．3 熔炼炉的选用

2．2．4 保温炉的设计

2．2．5 雾化桶的设计

2．2．6 雾化气体及输送管道

2．3 实验工艺流程

2．3．1 实验过程

2．3．2 合金粉末的收集及筛分

2．4 粉末的表征方法

2．4．1 粉末粒度分布测试

2．4．2 粉末表面形貌和组织形貌观察

2．4．3 粉末的组成相分析

2．4．4 粉末的显微硬度测试

2．4．5 化学成分的测试

2．5 实验过程中所使用的设备及仪器

3 Cu-Cr合金中晶格常数的精确测定与真实固溶度估算

3．1 化学成分分析

3．2 晶格常数的精确测定与真实固溶度估算

3．2．1 晶格常数的精确测定

3．2．2 真实固溶度的估算

3．3 不同Cr含量Cu-Cr合金粉末的精确晶格常数和真实固溶度

3．3．1 不同Cr含量的Cu-Cr合金粉末的XRD分析

3．3．2 不同Cr含量的Cu-Cr合金粉末的晶格常数分析

3．3．3 不同Cr含量的Cu-Cr合金粉末的真实固溶度分析

3．4 不同粒度Cu-1．5at％Cr合金粉末的精确晶格常数和真实固溶度

3．4．1 不同粒度Cu-1．5at％Cr合金粉末的XRD分析

3．4．2 不同粒度Cu-1．5at％Cr合金粉末的晶格常数分析

3．4．3 不同粒度Cu-1．5at％Cr合金粉末的真实固溶度分析

3．5 本章小结

4 气雾化Cu-Cr合金组织形貌及性能的研究

4．1 Cu-Cr合金粉末的粒度分布

4．2 Cu-Cr合金粉末的组织及形貌

4．2．1 Cu-Cr合金粉末的表面形貌

4．2．2 Cu-Cr合金粉末的内部组织

4．2．3 雾化过程中不规则形状粉末原因分析

4．3 Cu-Cr合金粉末的显微硬度

4．4 Cu-Cr合金液滴的冷却速度

4．5 本章小结

5 高能球磨气雾化Cu-Cr合金粉末的组织及性能

5．1 实验方法

5．2 不同球磨时间的雾化Cu-Cr合金粉末的组织形貌及性能

5．2．1 不同球磨时间雾化Cu-Cr合金粉末的XRD分析

5．2．2 不同球磨时间雾化Cu-Cr合金粉末的表面形貌

5．2．3 不同球磨时间雾化Cu-Cr合金粉末的显微硬度

5．3 本章小结

6 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间所发表论文