自蔓延高温合成MoSix/Cu复合材料制备及性能

摘要

本文结合热力学计算设计了MoSix/Cu复合材料的成分，并采用自蔓延高温合成(SHS)技术成功制备了16组不同成分的MoSix/Cu复合材料。采用SEM和OM分别观察了复合材料的显微组织，利用XRD与EDS相结合分析了材料的相组成及各种元素的分布状况；采用阿基米德排水法和布氏硬度仪分别测量了复合材料的相对密度和硬度；运用销盘式摩擦磨损试验机对复合材料的摩擦磨损性能进行了考察。系统研究了稀释剂Cu含量、MoSi2设计含量及Mo/Si原子比对复合材料相组成的影响，并在此基础上讨论了MoSix/Cu复合材料中MoSix的原位合成机制；分析了复合材料的致密度、硬度、磨损率的影响因素；讨论了MoSix/Cu复合材料在干摩擦状态下的磨损机制。本文的主要研究工作和所获得的结论如下：
　　 1.采用自蔓延高温合成技术可制备出MoSix相增强Cu基复合材料，其显微组织包含固溶体相α-Cu、α-Mo、MoSix和CuxSi四类相，且随着MoSi2预设含量的增加和Mo/Si原子比的降低，MoSix/Cu复合材料中MoSix和CuxSi相的含量明显增加。反应体系中加入稀释剂铜粉有利于维持铜较高的电导率，但不利于MoSix/Cu复合材料中MoSix相的生成。
　　 2.自蔓延高温合成MoSix/Cu复合材料中MoSix相的原位合成机制为富Cu、Si的残余液相与其所包围的α-Mo之间通过界面反应直接形成MoSix。
　　 3.自蔓延高温合成MoSix/Cu复合材料中的气孔主要有热裂造成的缺陷、补缩不足造成的缩孔和遗传性气孔等三种形式。随着MoSi2预设含量的增加，MoSix/Cu复合材料的致密度降低，而反应炉中压强的增加则对复合材料的致密度的提高是有利的。
　　 4.MoSix/Cu复合材料的宏观硬度随着MoSi2预设含量的增加和Mo/Si原子比的降低而增高，主要原因是复合材料中MoSix和CuxSi相含量的增加。
　　 5.MoSix/Cu复合材料耐磨性能较纯铜材料有较为明显的提高，复合材料中MoSi2预设含量越高，其耐磨性能越好；MoSix/Cu复合材料磨损机制主要为磨粒磨损，同时伴随着微弱的粘着磨损。