【摘要】：W-Cu復(fù)合材料是一種典型的“假合金”,兼具W、Cu兩者的性能優(yōu)點(diǎn),具有良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性、較低的熱膨脹系數(shù)、良好的耐摩擦性能和耐電弧腐蝕性,同時(shí)還具有高溫下的“自冷卻效應(yīng)”,被廣泛應(yīng)用于電子、微電子、航空航天、軍工及醫(yī)療等領(lǐng)域。然而由于W、Cu在晶格類(lèi)型、熔點(diǎn)、密度方面的巨大差異,使得其相互之間潤(rùn)濕性較差、無(wú)法形成固溶體或金屬間化合物,只能通過(guò)粉末冶金方法制備。粉末冶金法可實(shí)現(xiàn)零件最終尺寸的壓坯,但模具制造成本高、周期長(zhǎng),且無(wú)法加工復(fù)雜及薄壁零件。發(fā)展先進(jìn)的近凈成形工藝是解決W-Cu復(fù)合材料成形難題的主要措施。本文采用兩種不同功率的激光成形系統(tǒng)進(jìn)行W-Cu復(fù)合材料的單道熔覆成形,研究成分配比及工藝參數(shù)對(duì)熔覆層組織形貌、致密度及力學(xué)性能的影響;在優(yōu)化的工藝參數(shù)范圍內(nèi)進(jìn)行W-40wt.%Cu薄壁件的激光立體成形,研究了工藝參數(shù)對(duì)成形件性能的影響,并探索了添加少量活化元素Fe和Co的影響。得出的主要結(jié)論如下:(1)低功率條件下(P≤200W),熔覆層的組織形貌主要受成分配比的影響。當(dāng)Cu含量由30wt.%增加至40wt.%時(shí),熔覆層由W作為骨架金屬的均勻結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)椴痪鶆虻摹版u包銅”結(jié)構(gòu)。優(yōu)化的成分配比為Cu含量30wt.%～40wt.%。(2)高功率條件下(200WP≤1000W),在45#鋼基底上進(jìn)行W-40wt.%Cu單道熔覆的散逸能量密度b≈1.8×10-3kJ/mm2,工藝參數(shù)對(duì)單道熔覆層組織形貌的影響可歸結(jié)于“有效質(zhì)量能量密度”k的影響。當(dāng)k10.2kJ/g時(shí)熔覆層無(wú)法形成稀釋區(qū);當(dāng)k10.2kJ/g時(shí)則可以形成稀釋區(qū)。當(dāng)k4.49kJ/g時(shí),熔覆層呈特殊的“W包Cu”結(jié)構(gòu);當(dāng)4.49kJ/gk9.58kJ/g時(shí),W顆粒沿著熔覆層的邊緣分布;當(dāng)9.58kJ/gk13.19kJ/g時(shí),W顆粒均勻分布;當(dāng)k13.19kJ/g時(shí),W顆粒發(fā)生嚴(yán)重團(tuán)聚。優(yōu)化的工藝參數(shù)應(yīng)滿足9.58kJ/gk13.19kJ/g。(3)激光立體成形W-40wt.%Cu薄壁件的組織性能不僅受工藝參數(shù)的影響,還與單道熔覆層的幾何特征密切相關(guān),熔覆層寬高比越小,能量損耗越大,不易得到致密均勻的成形件。W-40wt.%Cu薄壁件在拉伸時(shí)呈韌性斷裂和脆性斷裂相結(jié)合的斷裂方式,抗拉強(qiáng)度主要由Cu相提供�？估瓘�(qiáng)度的變化趨勢(shì)與硬度值的變化趨勢(shì)一致。綜合各項(xiàng)性能,選取P=800W,v=10mm/s,a=0.42g/s,D=3mm作為最優(yōu)參數(shù),此時(shí)組織較為均勻,相對(duì)致密度為80.54%,顯微硬度為122.75HV,抗拉強(qiáng)度為122.89MPa。(4)添加Fe和Co可明顯提高W-40wt.%Cu成形件的各項(xiàng)性能,在添加5wt.%的Fe和Co時(shí),相對(duì)致密度可增加至94%以上。Co元素的添加可使硬度值提高50～60HV;Fe含量為5wt.%時(shí),成形件的顯微硬度達(dá)到了319HV。添加活化元素后抗拉強(qiáng)度達(dá)到了原來(lái)的1.5～2倍。在添加1wt.%Fe、5wt.%Fe和5wt.%Co時(shí),斷裂面將穿過(guò)W顆粒內(nèi)部,W顆粒作為骨架金屬提供了大部分的強(qiáng)度。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TB33
【圖文】：

熱量向喉襯內(nèi)部傳遞［１９］。實(shí)際應(yīng)用中，可在Ｗ基底中加入少量的Ｔｈ０２、ＨｆＣ、ＺｒＣ等進(jìn)逡逑行彌散強(qiáng)化，以提高Ｗ的強(qiáng)度、抗熱震性能和穩(wěn)定性［２（）］。逡逑圖１．２中位于成型裝藥炸藥底端的錐形零件即為藥型罩。早期的藥型罩材料主要采用逡逑３逡逑

骨架的孔隙率，有利于形成^u孔結(jié)構(gòu)，且不會(huì)增加Ｗ骨架的含氧量，溶滲的致密度可達(dá)逡逑９９％以上。這是由于燒結(jié)過(guò)程中ＢＴＯ—Ｗ的轉(zhuǎn)變釋放了部分原本被ＢＴＯ顆粒占用的空間，逡逑如圖１．４所示。逡逑Ｇｒｅｅｎ邋ｓｐｅｃｉｍｅｎ邐Ｓｉｎｔｅｒｅｄ邋ｓｋｅｌｅｔｏｎ逡逑圖１．４邋Ｗ骨架燒結(jié)過(guò)程中ＢＴＯ的轉(zhuǎn)變［３８］逡逑１．２．２新型成形方法逡逑１．２．２．１邋粉末注射成形法（Ｐｏｗｄｅｒ邋Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ邋Ｍｏｌｄｉｎｇ，邋ＰＩＭ）逡逑粉末注射成形是將塑料注射成形與粉末冶金相結(jié)合得到的新型近凈成形工藝。該方逡逑法得到的零件具有精度高、組織均勻等優(yōu)點(diǎn)，并且其加工成本只有傳統(tǒng)工藝下的逡逑２０邋％？６０％，適用于精密復(fù)雜零件的成形［３９］；但是其工藝復(fù)雜，許多加工參數(shù)難以精確逡逑測(cè)量�；茫保保钡龋郏矗ǎ莶捎茫校桑凸に噷⒘６葹椋埃叮模埽し酆土６葹椋常ǎ椋淼模茫醴劢�(jīng)機(jī)械球磨混合逡逑后在１１００°Ｃ的條件下燒結(jié)ｌｈ，成功制備出了微型Ｗ－Ｃｕ零件。０＾１＾等［４１］以石蠟、聚乙烯、逡逑乙烯乙酸聚乙酯和硬脂酸為粘結(jié)劑，在溫度為１８０°Ｃ、壓力為１邋ｌＯｂａｒ、注射速度為３０％的逡逑條件下通過(guò)ＰＩＭ法成功制備出了Ｗ－２０ｗｔ．％Ｃｕ合金球（圖１．５（ａ）），在１１５０°Ｃ下燒結(jié)２ｈ可使致逡逑密度達(dá)到９５．５８％。＼￥３叩等［４２］結(jié)合熱化學(xué)沉積和ＰＩＭ

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 楊海歐;王俊;劉智勇;林鑫;陳靜;黃衛(wèi)東;;激光立體成形多孔鈦合金工藝及性能研究[J];應(yīng)用激光;2013年04期

2 馬良;黃衛(wèi)東;于君;王波;楊海歐;;金屬激光立體成形熱應(yīng)力場(chǎng)參數(shù)化有限元模型[J];中國(guó)激光;2009年12期

3 胡曉冬;黃利安;朱秀暉;姚建華;林英華;;大功率激光立體成形熔道幾何參數(shù)量化模型[J];浙江工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2019年01期

4 劉婷;楊海歐;王波;馬良;;成形路徑對(duì)金屬激光立體成形過(guò)程熱及應(yīng)力影響的有限元分析[J];鑄造技術(shù);2018年07期

5 吳淑婷;張?chǎng)H;;改進(jìn)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的激光立體成形表面質(zhì)量預(yù)測(cè)[J];激光雜志;2016年08期

6 姜國(guó)政;陳靜;林鑫;趙曉明;黃衛(wèi)東;;激光立體成形Ti_2A1Nb基合金組織演化[J];稀有金屬材料與工程;2010年03期

7 張鳳英;邱瑩;梅敏;楊雪坤;胡騰騰;;激光立體成形Ti-25V-15Cr合金的阻燃性能[J];稀有金屬材料與工程;2018年06期

8 梁靜靜;楊彥紅;周亦胄;李金國(guó);王亮;金濤;孫曉峰;;激光立體成形鎳基單晶高溫合金顯微組織研究[J];稀有金屬材料與工程;2017年12期

9 高勃,王曉波,陳靜,楊海鷗;激光立體成形純鈦腐蝕性能研究[J];臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志;2005年10期

10 應(yīng)煒晟;韓福柱;;激光立體成形Rene 104鎳基高溫合金過(guò)程中的氧化現(xiàn)象和控制方法[J];電加工與模具;2018年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前2條

1 蔣馳;;空心回轉(zhuǎn)體激光立體成形方法研究[A];2015年版中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)(I)[C];2015年

2 閆世興;董世運(yùn);徐濱士;王志堅(jiān);張曉東;劉衛(wèi)紅;;聚焦光斑離焦量對(duì)薄壁件激光成形質(zhì)量的影響[A];第八屆全國(guó)表面工程學(xué)術(shù)會(huì)議暨第三屆青年表面工程學(xué)術(shù)論壇論文集（二）[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 黃衛(wèi)東 教授 博士生導(dǎo)師 西北工業(yè)大學(xué)凝固技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任;激光立體成形：高性能增材制造技術(shù)的代表[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2013年

2 ;邁向世界領(lǐng)先的步伐[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

3 ;為什么是西北工業(yè)大學(xué)[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 劉豐剛;激光立體成形及修復(fù)300M鋼的組織與性能研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

2 張強(qiáng);激光立體成形TC21鈦合金組織及力學(xué)性能調(diào)控[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

3 宋夢(mèng)華;激光立體成形2Cr13不銹鋼的成形特性與組織性能[D];西北工業(yè)大學(xué);2016年

4 朱林;具有梯度組織的Inconel718合金激光立體成形制備機(jī)理及技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 顧賽男;激光立體成形W-Cu復(fù)合材料的組織及性能研究[D];南京理工大學(xué);2018年

2 袁康博;激光立體成形GH4169動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)行為研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2017年

3 劉桐;激光立體成形Ti-V-15Cr系合金微觀組織演化及性能[D];長(zhǎng)安大學(xué);2017年

4 相行;激光立體成形Inconel718高溫金相以及剪切變形熱傳導(dǎo)研究[D];燕山大學(xué);2017年

5 王憲;基于OCCT的激光立體成形CAM軟件開(kāi)發(fā)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2017年

6 趙漢宇;激光立體成形過(guò)程中粉末與熔池氣液界面微觀作用機(jī)制[D];長(zhǎng)安大學(xué);2017年

7 嚴(yán)曉東;口腔修復(fù)體用激光立體成形鈦鋯合金粉末的研制及其性能研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2005年

8 余小斌;電磁攪拌激光立體成形GH4169合金的組織和力學(xué)性能研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

9 穆亞星;激光立體成形多孔鈦的生物學(xué)性能的研究[D];第四軍醫(yī)大學(xué);2014年

10 郁玲玲;基于高速CCD的激光熔池溫度檢測(cè)軟件開(kāi)發(fā)[D];蘇州大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2717012