粉末冶金技术案例 现代粉末冶金技术 教学课件

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1、粉末冶金技术案例高强高导高耐热弥散强化铜合金制备方法与研究现状弥散强化铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的新型结构功能材料，它兼具高强高导性能和良好的抗高温软化能力。其弥散强化相粒子多为熔点高、高温稳定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。这些弥散相粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，它们与析出强化型铜合金时效析出的金属间化合物粒子不同，在接近于铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此可以有效地阻碍位错运动和晶界滑移，提高合金的室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性，且耐磨耐蚀性也较高。弥散强化铜合金的出现不仅丰富了铜合金的种类，而且扩大了其使用的温

2、度范围。弥散强化铜合金已被广泛应用于电阻焊电极、大规模集成电路引线框架、灯丝引线、电触头材料、大功率微波管结构材料、连铸机结晶器、直升机启动马达的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚变系统中的等离子作用部件、燃烧室衬套、先进飞行器的机翼或叶片前缘等。液液方应法制备DS青铜示意图接触反应装置示意图反应喷射成形装置示意图一、纳米弥散强化Cu-TiB2合金的组织与性能熔体混合原位反应——快速凝固装置工作原理示意图1、装置工作原理示意图2、制备Cu/TiB2合金的结构不同条件下获得的Cu-TiB2合金SEM照片，(a,b)S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=20，θ=75°,温度

3、1300℃，1个大气压(c,d)S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=15，θ=75°,温度1300℃，2个大气压(e,f)反应条件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,温度1400℃，2.5个大气压原位复合材料XRD分析原位复合材料TEM照片(a和b)明场像，（c）衍射花样基体中存在40nm左右的球状弥散粒子3、制备Cu/TiB2合金的性能3.1制备Cu/0.25wt%TiB2合金电导率双熔体紊流混合原位反应-快速凝固法制备的Cu-0.25wt%TiB2合金锭坯(反应条件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,温度1400℃

4、，2.5个大气压)，经不同冷拉变形量冷拉后，在900℃氢气保护下退火0.5小时，其电导率测量结果3.2制备Cu/0.25wt%TiB2合金的力学性能不同冷拉变形量的样品在900℃氢气保护下退火0.5小时后，合金的各种性能均有所回复，δ变化于30~35%之间，随变形量的增大，σ0.2的回复程度稍有增加，这可能与加工储能的增大有关。因为冷加工量越大，储能越高，在相同退火条件下，回复驱动力相对越高。二、双熔体混合原位反应制备Cu/TiB2合金的热力学标准生成自由能—反应温度关系三、Cu-TiB2纳米弥散强化铜合金的强化机制※Orowan位错强化b0.2μma0.2μm弥散强化铜合金

5、中形成的Orowan位错环(a)位错绕过粒子TiB2留下Orowan位错环(b)TiB2粒子对位错的钉扎※载荷传递强化一般指微米级及以下的增强颗粒，载荷由基体传递给颗粒，颗粒有效承担载荷，由于载荷传递产生的屈服应力的增加可表达为：ΔσLT＝σm（1/2*fv）式中σm为基体的屈服应力；fv为增强颗粒的体积分数。退火态纯铜基体的屈服强度为45MPa,取其中间值，则ΔσLT为0.8MPa,此项可忽略不计※亚结构（或细晶）强化机制※热错配位错强化Cu-TiB2合金由热挤压温度冷却下来时，因TiB2与Cu间的热膨胀系数差异，会产生应力，会以位错形核的方式（当T<0.5Tm时）得到松弛

6、。在550-250℃温度范围，可在基体中形成位错，继续冷却将不能形成位错，而是在基体中形成残余热应力。若在550-250℃温度范围产生的所有热应变全部以形成位错的方式松弛，扩散过程引起的松弛将不发生。TiB2颗粒与Cu间的热膨胀系数差导致的热错配δ为热错配以向基体中释放位错环方式松弛，由此在每个颗粒周围产生的位错数为热错配产生的强化此项较小忽略不计各种强化机制对Cu-0.5TiB2铜合金材料屈服强度的相对贡献从表中数据可以看出，由各种强化机制预测的屈服强度的总和与材料的实测值基本保持一致。虽然如此，但是实测值还是略低于理论的预测值，这种偏差可能是由于合金在双溶体原位反应制备过

7、程中产生了TiB2粒子聚集长大，从而降低了弥散强化效果。四、原位颗粒增强铜基复合材料导电机制TiB2弥散强化铜合金的电导率除了与基体铜有关以外，还与TiB2含量的多少及与基体之间的结合有关。由于弥散相TiB2粒子细小，含量少，Cu-TiB2材料可按基体型计算.式中ε为Cu-TiB2材料的电导率；ε0和ε1分别为基体Cu和弥散相TiB2的电导率，其值分别为5.86×104Ω-1mm-1和9.0×10-4Ω-1mm-1；c和1-c分别为Cu-TiB2材料中TiB2和基体的体积含量。造成差值Δε的主要原因如下