【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,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在晶格類型、熔點、密度方面的巨大差異,使得其相互之間潤濕性較差、無法形成固溶體或金屬間化合物,只能通過粉末冶金方法制備。粉末冶金法可實現(xiàn)零件最終尺寸的壓坯,但模具制造成本高、周期長,且無法加工復(fù)雜及薄壁零件。發(fā)展先進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)進行W-40wt.%Cu薄壁件的激光立體成形,研究了工藝參數(shù)對成形件性能的影響,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,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時熔覆層無法形成稀釋區(qū);當(dāng)k10.2kJ/g時則可以形成稀釋區(qū)。當(dāng)k4.49kJ/g時,熔覆層呈特殊的“W包Cu”結(jié)構(gòu);當(dāng)4.49kJ/gk9.58kJ/g時,W顆粒沿著熔覆層的邊緣分布;當(dāng)9.58kJ/gk13.19kJ/g時,W顆粒均勻分布;當(dāng)k13.19kJ/g時,W顆粒發(fā)生嚴重團聚。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薄壁件在拉伸時呈韌性斷裂和脆性斷裂相結(jié)合的斷裂方式,抗拉強度主要由Cu相提供。抗拉強度的變化趨勢與硬度值的變化趨勢一致。綜合各項性能,選取P=800W,v=10mm/s,a=0.42g/s,D=3mm作為最優(yōu)參數(shù),此時組織較為均勻,相對致密度為80.54%,顯微硬度為122.75HV,抗拉強度為122.89MPa。(4)添加Fe和Co可明顯提高W-40wt.%Cu成形件的各項性能,在添加5wt.%的Fe和Co時,相對致密度可增加至94%以上。Co元素的添加可使硬度值提高50～60HV;Fe含量為5wt.%時,成形件的顯微硬度達到了319HV。添加活化元素后抗拉強度達到了原來的1.5～2倍。在添加1wt.%Fe、5wt.%Fe和5wt.%Co時,斷裂面將穿過W顆粒內(nèi)部,W顆粒作為骨架金屬提供了大部分的強度。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB33
【圖文】：

熱量向喉襯內(nèi)部傳遞［１９］。實際應(yīng)用中，可在Ｗ基底中加入少量的Ｔｈ０２、ＨｆＣ、ＺｒＣ等進逡逑行彌散強化，以提高Ｗ的強度、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)，且不會增加Ｗ骨架的含氧量，溶滲的致密度可達逡逑９９％以上。這是由于燒結(jié)過程中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，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)難以精確逡逑測量�；茫保保钡龋郏矗ǎ莶捎茫校桑凸に噷⒘６葹椋埃�，的＼￥粉和粒度為３（ｉｍ的Ｃｕ粉經(jīng)機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可使致逡逑密度達到９５．５８％。＼￥３叩等［４２］結(jié)合熱化學(xué)沉積和ＰＩＭ

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本文編號：2717012