论文部分内容阅读
摘要CuCr合金是一类被广泛应用于电子电气工业的电接触材料,尤其在中高压真空断路器中,CuCr合金被认为是最优秀的触头材料体系。现在CuCr合金应用朝着超高电压、大电流方向发展,并对材料机械性能提出了更高要求。已有研究表明,具有纳米结构的CuCr触头材料具有更加优异的电气性能,此外,利用TiB2微粒均匀弥散在Cu基体中形成的颗粒弥散增强复合材料,其机械性能大大提高。本课题将机械合金化(MA)技术和放电等离子烧结(SPS)技术结合起来,开展了Cu-Cr-TiB2纳米晶复合材料的研究。首先利用MA法制备各相分布均匀的Cu-Cr-TiB2纳米晶复合粉末,然后通过SPS这种快速烧结技术,获得高致密化、晶粒细小的Cu-Cr-TiB2纳米晶块体材料。研究中利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)透射电镜(TEM)等分析测试技术对材料的物相结构、组织形貌、成分分布等进行了表征,并检测了块体材料的致密度、显微硬度、电导率、耐磨性等相关物理性能,建立了材料显微结构、组成与性能之间的联系。研究了MA和SPS过程中关键工艺参数以及TiB2含量对材料结构、组织、形貌和性能的影响,探讨了TiB2影响材料性能的作用机理。主要研究结果如下：最佳的机械合金化工艺：过程控制剂无水乙醇5wt%,球料比30：1,球磨时间80h。该工艺制得复合粉末收得率在95%以上,平均晶粒尺寸20nm左右,Cu晶格畸变度0.4%左右,无明显杂质引入。随着TiB2含量由0wt%增加到10wt%,复合粉末的金属晶粒尺寸减小,晶格畸变度增大,这与TiB2的“微磨球”效应和金属基体的位错增多有关。最佳的SPS工艺：烧结温度920℃,保温时间5min,加载压力50MPa。该工艺制备的复合块体致密度接近99%,平均晶粒尺寸100nm左右,各相分布均匀,无明显杂质。随着TiB2含量增加,复合材料致密度和导电率逐渐下降,而硬度和耐磨性先迅速提高,然后缓慢增加。材料机能的增械性强和导电性能的下降与TiB2微粒的“钉扎作用”和基体位错增多有关。综合考虑,含有2wt%和4wt%TiB2的复合块体具有最佳综合性能,两者都具有Cu、Cr和TiB2纳米晶均匀复合的显微结构,致密度分别达到98.3%和96.4%,维氏硬度均在3.9GPa左右,导电率分别为27.9IACS%和24.9IACS%。相较纯CuCr25合金,两者硬度提高值均超过30%,导电率损失值则分别为3.4%和16.4%,耐磨性在本文实验条件下比纯CuCr25合金分别提高了1倍和7倍。