石墨烯含量对铜基复合材料硬度与导电率的影响

采用粉末冶金法制备石墨烯铜基(Gr/Cu)复合材料,使用十二烷基硫酸钠(SDS)作为分散剂,研究石墨烯含量对复合材料显微硬度和导电率的影响,从而确定石墨烯在铜基体中的最优含量来获得高硬度、高导电率的石墨烯铜基复合材料。结果表明:石墨烯在复合材料中分布均匀。添加石墨烯后,铜基体的硬度增大,而导电率降低。石墨烯含量为0.5%时,石墨烯铜基复合材料兼具高硬度与良好的导电性能,显微硬度提高了25%,达到57HV0.025,导电率为84%IACS。     

发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

Ti含量对Ti-MoSi_2复合材料组织与性能的影响

以MoSi_2粉末与Ti粉末为原料,采用放电等离子烧结法制备Ti含量(质量分数,下同)分别为40%,50%,60%,70%的4组Ti-MoSi_2复合材料,对材料的组织形貌以及密度、显微硬度和断裂韧性等性能进行表征和测试。结果表明:4组Ti-MoSi_2复合材料组织中均出现核-壳结构,主要由Ti_5Si_3和Mo_3Si组成,当Ti含量达到70%时,出现了单质Ti。随Ti含量增加,Ti-MoSi_2复合材料的密度和显微硬度降低,断裂韧性增大。4组Ti-MoSi_2复合材料的密度分别为5.54,5.34,5.24和5.16 g/cm~3,显微硬度分别为8.54,8.22,8.13和8.02 GPa,断裂韧性分别为7.02,10.36,11.62和24.52 MPa·m~(1/2)。     

不同纳米相增强铜基复合材料的性能

采用粉末冶金法,制备纳米SiO2颗粒(n-SiO2)、纳米SiC晶须(n-SiCw)和碳纳米管(CNTs)3种不同形态纳米相增强铜基复合材料,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和球/盘式摩擦磨损试验机等测试手段研究纳米添加相对铜基复合材料显微组织、物理性能和摩擦学性能的影响。结果表明,纳米相可以显著提高铜基复合材料的硬度,其中n-SiCw的增强效果优于n-SiO2和CNTs;CNTs/Cu的减摩耐磨效果优于SiO2/Cu和SiCw/Cu;0.75%-CNTs/Cu(质量分数)复合材料具有高的硬度、优良的减摩耐磨性能,是综合性能最佳的复合材料。     

放电等离子烧结制备铜基体表面镍基涂层的性能

采用Cu基体和球形In718型镍基高温合金粉末为原料,通过放电等离子烧结(SPS)工艺在铜基体表面制备镍基高温合金涂层,研究不同的烧结工艺参数对涂层与基体的结合性能以及涂层的表面性能所产生的影响。结果表明,通过放电等离子烧结后,铜基体与镍基合金涂层间形成了一定厚度的扩散层,并且计算发现放电等离子烧结中的脉冲电流可降低涂层与基体间的扩散激活能,对涂层和基体间的扩散结合起到促进作用。通过纳米压痕和显微硬度检测,在850~1 000℃的温度范围内均可获得综合性能远高于铜基体的镍基合金涂层。其中当烧结温度为950℃时,涂层的综合性能最优,显微硬度可达370 HV,弹性模量达179.163 GPa。     

镀铜时间对壳核结构钛基粉体形貌及复合材料组织和硬度的影响

采用磁控溅射技术制备了铜层均匀致密的壳核结构复合粉末（Cu@TC4复合粉末），采用放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）技术制备了原位Ti2Cu增强的TC4复合材料（Ti2Cu/TC4复合材料）。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、金相显微镜（OM）和电子探针等手段系统研究了镀铜时间对Cu@TC4复合粉末截面形貌和烧结态Ti2Cu/TC4复合材料微观组织的影响规律，并采用维氏硬度仪对Ti2Cu/TC4复合材料的显微硬度进行测试。结果表明：TC4钛合金粉末经过磁控溅射镀铜后，TC4钛合金粉末表面明显包裹了一层Cu，溅射时间为1 h时，镀层厚度为0.7μm；当溅射时间为4 h时，镀层厚度随之增加至3.7μm；较溅射1 h所得镀层厚度增加428%，镀层均匀致密，形成壳核结构。随着镀铜时间的增加，烧结态Ti2Cu/TC4复合材料的OM显微组织由魏氏组织转变为魏氏组织与共析组织混合的形貌特征，复合材料的显微硬度也随之增加，由原始的HV1 332.56增加到HV1 380.52，提高了约14.4%，显微硬度提升的原因可归结为分布在基体中的Ti2...     

微波烧结碳纳米管增强铜基复合材料的显微组织与力学性能

通过微波烧结与轧制相结合,制备碳纳米管(carbon nanotube,CNTs)增强铜基复合材料(CNTs/Cu),对该材料的显微组织、致密度、硬度和抗拉强度等进行分析与测试,并通过正交试验优化工艺参数。结果表明:CNTs的最佳含量(质量分数)为2.0%,在烧结温度为1 000℃,保温时间为30 min条件下制备的2.0%CNTs/Cu复合材料,CNTs均匀分散在Cu基体中,CNTs与Cu基体结合良好,材料致密度达到98.09%,维氏硬度(HV)为372,屈服强度和抗拉强度分别达到234 MPa和344 MPa,比微波烧结纯铜分别提高18%和24%左右。     

碳纳米管和氧化铝颗粒协同增强铜基复合材料的制备与性能研究

本文首先利用碱式高锰酸钾对纯化后的CNTs进行改性处理,然后用分子水平法制得前驱体CNTs/Cu复合粉末,最后用内氧化方法,结合放电等离子烧结获得CNTs、Al_2O_3/Cu复合材料。结果表明:CNTs、Al_2O_3/Cu复合材料的维氏硬度(136)和抗拉强度(226 MPa)均优于两个增强相单独作用的铜基材料;材料的断后伸长率超过纯铜(40.1%),达到43.6%,表现出非常好的塑性;CNTs和Al_2O_3两个增强相对铜基材料导电率起到了协同增强作用,达到了1+12的效果。     

粉末冶金CNTs/Cu复合材料的显微组织与力学性能

对碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)进行化学镀铜,然后采用粉末冶金法制备CNTs含量(质量分数,下同)为0~4%的CNTs增强铜基复合材料(CNTs/Cu)。研究CNTs含量、成形压力以及后续处理工艺对CNTs/Cu复合材料组织及力学性能的影响。结果表明:化学镀铜后的CNTs,CNTs与铜界面结合良好;与Cu粉混合球磨后,镀铜的CNTs嵌入铜基体中,其管状结构没有遭到明显破坏;随CNTs含量增加,CNTs/Cu复合材料的硬度提高,抗拉强度先增大后减小,CNTs的最佳含量(质量分数)为1%;复合粉体的最佳成形压力为1 400 MPa;异步冷轧比复压更有利于提高复合材料的抗拉强度与显微硬度;经过异步冷轧处理的1%CNTs/Cu复合材料的抗拉强度达350.05 MPa,比纯铜提高1倍,显微硬度HV为196.2,比纯铜提高32.03%。     

热压工艺对碳纤维增强铜基复合材料力学性能的影响

研究了热压工艺对碳纤维增强铜基复合材料力学行为的影响。结果表明:随热压温度的提高,CF/Cu复合材料的拉伸强度增大,显微硬度提高;热压温度超过800℃后,材料的强度和显微硬度随热压温度的升高而降低。对复合材料显微组织的研究表明,随热压温度的提高,材料的显微组织更加均匀。SEM断口分析表明:CF/Cu复合材料的断裂以纤维拔出为主要方式。     

渗Ti法制备TiB2-TiC复合材料的研究

采用渗Ti法制备出相对密度较高的TiB_2-TiC复合材料,并讨论了熔渗温度对TiB_2-TiC复合材料物相、显微组织、致密度和维氏硬度的影响.结果表明:TiB_2-TiC复合材料的相组成为TiB_2、TiC、Ti_3B_4、TiB、Ti_3AlC和TiO相.随着熔渗温度的增加,复合材料中TiB_2含量降低,反应生成Ti_3B_4和TiB相区域的尺寸和数量有所增加;复合材料的维氏硬度整体呈降低趋势.当熔渗温度为1 650℃时,TiB_2-TiC复合材料性能最佳,对应复合材料的维氏硬度、开口气孔率、体积密度和相对密度分别为21 GPa、0.34%、4.46 g/cm~3和96.2%.     

表面改性纳米SiO2对铜基摩擦材料摩擦学性能的影响

为提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能,采用粉末冶金法分别制备了Cu和Ni包覆的纳米SiO2(n-SiO2)颗粒增强的铜基摩擦材料.通过惯性试验,考核了摩擦材料的摩擦磨损和耐热性能;采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计研究了材料的显微组织、基体硬度和磨损机理.结果表明:表面改性n-SiO2可细化铜基摩擦材料的基体组织,显著提高铜基体的硬度;添加Cu/n-SiO2和Ni/n-SiO2的摩擦材料的耐磨性能比添加未表面改性n-SiO2的摩擦材料分别提高3.95倍和7.46倍;n-SiO2颗粒增强铜基摩擦材料的主要磨损机理为犁沟式磨料磨损.     

高强导电Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的微观组织与性能

采用真空熔铸和冷开坯工艺,通过优化形变热处理工艺,调控基体晶粒尺寸、第二相的析出及分布状态,制备出综合性能优异的Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金。结果表明,经过400 ℃/2 h一次时效处理后,Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的显微硬度可达356 HV,此时导电率为14.5%IACS。透射电镜分析表明,Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金第二相的析出演变规律为富Ti相→颗粒状β′-Cu₄Ti相→颗粒状β′-Cu₄Ti相+片层状β-Cu₄Ti相→片层状β-Cu₄Ti相,其中颗粒状β′-Cu₄Ti相是最重要的强化相,片层状β-Cu₄Ti相会导致合金强度下降,但可以提高导电率。采用二次时效能够进一步优化Cu?3Ti?0.1Mg?0.05B?0.05La合金的综合性能,在合金强度基本不变的条件下,显著提升了合金的导电率。450 ℃/8 h一次时效+50%冷轧+400 ℃/1 h二次时效处理后合金的显微硬度和导电率分别达到了341 HV和20.5%IACS。      

原位反应制备Ag/TiB2复合材料

在Ti和B粉末原位反应生成TiB2条件热力学分析的基础上,采用机械合金化和粉末冶金原位合成工艺制备Ag/TiB2复合材料.采用Ag粉,Ti粉和B粉作为材料,按照Ti和B摩尔比1∶2占复合材料质量分数分别为0.5％,1.0％,3.0％和5.0％ TiB2进行配料,混合后在自制高能球磨机上球磨60h,转速为150 r·min-1,球料比为60∶1.球磨后的粉末在压力机上用模具冷压成型φ21 mm ×5 mm的块状试样,压力600 MPa,保压30 s.最后将混合粉末的压制体在900℃保温4h热压炉中进行原位反应,并通入Ar气作为保护气氛,制备了不同TiB2含量的新型Ag/TiB2复合材料,系统研究了TiB2含量对AgTiB2触头复合材料组织和性能的影响.通过X-ray衍射仪,扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)表征分析了Ag/TiB2复合材料的相组成及显微组织,并采用维式硬度计和涡流电导仪对硬度和导电率进行了测试.研究结果表明,采用机械合金化球磨和原位反应粉末冶金技术制备Ag/TiB2复合材料是可行的.随着TiB2含量的增加,Ag/TiB2复合材料出现明显的TiB2团聚现象,且Ag/TiB2复合材料的硬度呈现先增大后减小的趋势,在硬度值为3％时,达到最大硬度值87.1 HV,但Ag/TiB2复合材料电导率随着TiB2含量的增加逐渐下降.     

NaCl造孔剂添加量对多孔NiTi合金孔结构和力学性能的影响

选用Na Cl作为造孔剂,采用压制+烧结法制备孔结构和弹性模量可控的多孔Ni Ti形状记忆合金,采用SEM,XRD和形状回复率检测等测试手段研究造孔剂添加量对Ni Ti形状记忆合金的孔结构和力学性能的影响。结果表明:随Na Cl添加量增加,多孔体孔隙率从39%上升到72%,孔径大于50μm的孔隙数量明显增加;多孔体主要由Ni Ti奥氏体相(B2)和马氏体相(B19′)组成,并存在少量Ni Ti2,Ni3Ti和Ni4Ti3等相;合金的弹性模量随造孔剂的添加从30%时的10.8 GPa下降到70%时的1.5 GPa;当添加量为50%时,多孔体孔隙分布均匀,大于50μm的孔隙占45%,弹性模量为4.8 GPa,形状回复率达到最高值83%,最适合多孔植入体的要求。     

纳米AlN颗粒弥散增强铜基复合材料的制备及性能研究

本文采用高能球磨结合放电等离子烧结法制备了含不同质量分数AlN的AlN/Cu复合材料。研究了AlN质量分数对AlN/Cu复合材料微观形貌、相对密度、显微维氏硬度、拉伸强度、延伸率及导电性能的影响。结果表明:当AlN质量分数1.0%时,随着AlN质量分数的提高,复合材料的硬度、抗拉强度提高,断后伸长率、电导率降低。但当AlN质量分数为1.0%时,AlN/Cu复合材料相对密度为97.8%,显微硬度和抗拉强度分别达到了HV 119.5和259.7 MPa,电导率为49.30 mS·m~(-1),综合性能达到最优。     

原位合成SiC对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

以铝粉、硅粉、石墨粉为原料, 通过冷压真空烧结原位合成了含不同质量分数SiC颗粒的SiC/Al-18Si复合材料。利用X射线衍射仪, 扫描电子显微镜和能谱分析仪等设备手段表征了铝基复合材料的相组成和微观结构, 研究了原位合成SiC对复合材料微观结构、抗弯强度和显微硬度的影响, 分析了复合材料力学性能的变化规律。结果表明: 复合材料的基体相为Al相, 第二相为Si相和SiC相; 原位合成的SiC颗粒弥散细小的分布在Al基体中, 其颗粒尺寸主要分布在0.2~2.8 μm, 具有亚微米、微米级的多尺度特性; 随着SiC质量分数的不断增加, 复合材料的显微硬度增大, 同时颗粒的平均尺寸仅由0.81 μm增大到1.13 μm, 但仍均匀分布, 正是这种尺寸稳定性, 使得SiC/Al-18Si复合材料硬度远大于Al-18Si; 当SiC质量分数为30%时, 材料的显微硬度最高, 达到HV 134, 相较于Al-18Si提高了88%。     

C/C-SiC-Cu5Si复合材料的显微形貌及形成过程

以全网胎针刺整体毡为预制体,采用化学气相渗透法增密制备C/C多孔坯体。采用反应熔体渗透法,将Si粉,Ti粉和Cu粉均匀混合,在1 400~1 700℃下制备C/C-SiC-Cu5Si复合材料。利用X射线衍射分析该复合材料的物相组成,用扫描电镜分析其显微形貌。结果表明:C/C-SiC-Cu5Si复合材料由炭纤维,热解炭,β-SiC,TiC和Cu5Si相组成;生成的TiC相主要分布在热解炭周围,Cu5Si分布在TiC周围,而β-SiC弥散分布在Cu5Si基体中;TiC晶粒的形成是Ti原子向C原子扩散的结果,其长大受Ti原子扩散控制。     

激光原位合成ZrB_2-C增强Cu基涂层的微观结构

采用Al-ZrO_2-B_4C-Ni-Cu粉末为原料,以激光熔覆技术与原位反应相结合的方式,在纯Cu表面制备了ZrB_2与石墨C增强Cu基复合涂层。利用光学显微镜(OM),X射线衍射仪(XRD),扫描电子显微镜(SEM),透射电子显微镜(TEM)和能谱仪(EDS)等分析了涂层的组织结构、相组成、原位自生相的形态和界面;利用维氏显微硬度计测量了复合涂层的硬度;并分析复合涂层微观结构的生长过程。结果表明:复合涂层中原位合成了细针状的ZrB_2陶瓷相和以Al_2O_3为核心的球形石墨。熔池基体成分由于快速冷却,非平衡凝固形成树枝晶结构,并包裹ZrB_2陶瓷相。原位合成的细针状ZrB_2陶瓷为纤维型增强相,并且与金属基体结合良好,可以有效的提高复合涂层的机械性能。在接近复合涂层表面的位置具有最高的显微硬度,在深度方向上涂层内部的显微硬度缓慢降低,在经过界面后迅速降低至Cu基体的硬度值。复合涂层的平均显微硬度达到4800 MPa,相比Cu基体提高了约7倍。     

铜与氧化石墨烯协同增强钛基复合材料显微组织及性能研究

通过放电等离子烧结(SPS)技术制备铜(Cu)和氧化石墨烯(GO)协同增强的钛基复合材料(GO/Cu/TA1),研究了氧化石墨烯和Cu元素对钛基复合材料组织、硬度及拉伸性能的影响。结果表明：GO/Cu/TA1复合材料晶内析出金属间化合物Ti_2Cu相,晶界处存在非连续分布的TiC颗粒。复合材料的抗拉强度和屈服强度较TA1纯钛分别提高了66%和82%,显微硬度提升了58.4%,且延伸率保持在15%左右。硬度及强度的提升归因于晶界处分布的TiC颗粒与晶内析出的金属间化合物Ti_2Cu相的协同强化作用。