【摘要】：Cu-Cr-Zr合金是一種具有優(yōu)越綜合性能的新型功能材料,具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和高強度等性能,廣泛應(yīng)用于電力、電工及航空等行業(yè)。目前制備Cu-Cr-Zr合金的難點主要是Cr、Zr在Cu中固溶度較低,易造成成份偏析。為解決以上問題,本文采用機械合金化法制備Cu-Cr-Zr合金。采用臥式攪拌高能球磨的高能量輸出來制備Cr、Zr固溶度較高、成份均勻的Cu-Cr-Zr合金粉體,輔以真空熱壓燒結(jié)工藝對粉體制備成型,研究了合金成份對合金性能的影響。(1)采用單因素實驗研究了球磨參數(shù)對Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr合金粉體性能的影響。分析球磨時間、攪拌軸轉(zhuǎn)速、球磨助劑含量、球料比和球磨介質(zhì)大小對Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr粉體合金化時間、微觀形貌的影響。通過對粉體進行SEM觀察,利用XRD對其成份表征分析,得出在攪拌軸轉(zhuǎn)速為1100/1300 rpm、球磨助劑含量1.5 wt%、球料比10:1及4 mm軸承鋼球時,Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr粉體合金化所需時間最短為30 h。(2)研究了Cu-Cr合金中Cr含量(0.5 wt%-10 wt%)的變化對合金力學(xué)及電性能的影響。對合金進行XRD、SEM、力學(xué)拉伸及導(dǎo)電等檢測,表征其成份組成及進行性能分析。在Cr含量為5 wt%時,Cu-5 wt%Cr粉體在球磨20 h時實現(xiàn)合金化,合金抗拉強度達到最大值為721.51 MPa,相比于純銅增大了262.56%,電導(dǎo)率為59.30%IACS,確定Cr的加入量為5 wt%。(3)研究了Cu-5 wt%Cr-Zr合金中Zr含量(1 wt%-15 wt%)的變化對合金力學(xué)及電性能的影響。利用XRD、SEM、力學(xué)試驗機及導(dǎo)電儀對合金進行成份、力學(xué)及電性能測試。在Zr含量為8 wt%時,粉體合金化所需時間為25 h。合金抗拉強度達到最大值為829.15 MPa,相比于純銅增大了316.65%,電導(dǎo)率為43.70%IACS,因此選定Zr的添加量為8 wt%,制得Cu-5 wt%Cr-8 wt%Zr合金。(4)研究了Cu-5 wt%Cr-8 wt%Zr合金的強化機理及微觀組織結(jié)構(gòu)。采用SEM、金相、TEM對合金的斷口形貌、微觀結(jié)構(gòu)進行表征。合金的增強機制為固溶強化。通過分析合金的拉伸斷口形貌,發(fā)現(xiàn)Cu-5 wt%Cr-Zr合金中,隨著Zr含量(1 wt%-15 wt%)的增加,合金斷口處韌窩的數(shù)量逐漸增多且變大變深,合金由脆性斷裂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轫g性斷裂,失效方式為基體的撕裂及合金固溶顆粒的斷裂。
【圖文】：

圖 1.1 機械合金化技術(shù)應(yīng)用.3.1 機械合金化的演變過程已知機械合金化過程是一種非平衡條件過程，混合的金屬粉體在機械球磨下，經(jīng)過長時間的球磨，其演變過程可以描述為，在磨球的不斷撞擊作用下金屬粉體顆粒之間發(fā)生反復(fù)的塑性變形、加工硬化、破碎以及冷焊，顆粒的和團聚貫穿于整個球磨過程，進而形成混合顆粒，在這反復(fù)的機械球磨過程會在金屬粉體之間發(fā)生機械合金化。粉體顆粒間固溶形成新相態(tài)或者發(fā)生液應(yīng)的過程[33]。圖 1.2 所示為機械合金化法制備合金粉體的演變流程示意圖。

圖 1.2 機械合金化法制備合金粉體的演變流程示意圖已知實驗過程中 Cu 粉的延展性較好，Cr 呈脆性，Zr 具有較好的可塑性，Cu、Cr、Zr 三種金屬組成的 Cu-Cr-Zr 體系屬于延性/延性粉體球磨體系。此組份間的機械合金化過程分為五個階段[33]：第一階段，為金屬粉體間的機械混合階段。球與粉碰撞產(chǎn)生微鍛，由于球磨過程中粉體的斷裂和微鍛過程的交替進行，延性粉體顆粒發(fā)生片狀化，變成片狀和碎塊狀，形成粉體的片狀特征。第二階段，為宏觀鑄造階段。合金粉體發(fā)生加工硬化，粉體變?yōu)楸馄交蚱瑺铑w粒，在廣泛的冷焊和破碎過程中，顆粒尺寸進一步細化，片狀粉體被焊合在一起，形成一種層狀的復(fù)合組織顆粒，粉體顆粒的層間距離減小，呈卷曲狀。隨著斷裂和冷焊的交替進行，發(fā)生冷態(tài)鍛焊，合金粉體的硬度和脆性增加。第三階段，開始合金化階段。在球磨產(chǎn)生的熱效應(yīng)，塑性變形產(chǎn)生的晶體缺陷，加工硬化的混合粉體斷裂和剝離，，致使層狀組織更細微，反復(fù)的被揉搓和嚙
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TF123.2

【參考文獻】

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本文編號：2620868