机械合金化CuC复合粉末的制备与冷压成形.pdfVIP

机械合金化Cu／C复合粉末的制备与冷压成形 郭秀艳1周振华1冉旭2 (1．长春工业大学材料科学与工程学院2．吉林大学汽车材料教育部重点实验室) GPa 摘要：将Cu一2、4、6、8Wt％C混合粉末进行不同时间的机械合金化(MA)，球磨后粉末在1．5 下静压固化。采用扫描电镜对MA粉末及固化试样分别进行形貌和显微组织观察，应用x射线衍射 仪对球磨后粉末进行相分析，根据阿基米德定律测定固化试样的密度，并用HXD一1000显微硬度计 对固化试样进行硬度(HV)测定。结果表明，粉末颗粒随含C量的增加、球磨时间的延长而逐渐细化： 固化试样的硬度与含碳量和球磨时间有关，硬度随含碳量的增加而降低；丽当粉末球磨24h时，固化 试样的硬度最高。 关键词：机械合金化；复合粉末；静压固化 1、前言 机械合金化是由Benjamin独创的一种固态合金化工艺【1】1。机械合金化可使元素金属混合粉末非 晶化，还可以将原本是非互溶的元素合成为固溶体[2】。含C的cu基复合材料具有摩擦噪音低，摩擦 系数小，接触电阻小而稳定和导电率高等优点【3】，其研究工作主要集中在基体合金化、制备工艺、物 理、力学性能及应用等方面【4】。国内外系统的研制、开发高性能的碳铜(银)复合材料仍是碳铜基复 合材料的热点。制备Cu基复合材料的工艺很多，包括粉末冶金法、热压烧结法、熔铸法、电镀法以 及机械合金化法等，有文献报道【5】采用各种不同MA工艺，成功制备出多种纳米级颗粒，包括Cu．Mo、 条件是决定微粉球磨难易程度、粒度及均匀性的重要因素，本试验就是利用机械合金化方法，通过选 定不同的球磨条件来制备Cu—C复合粉末，同时研究了球磨条件对复合粉末粒度及其被静压固化后的 性能的影响。 2、试验 合粉末，其中石墨含量分别为2、4、6、8Wt％，使用自行研制的双罐三维摆动式高能球磨机进行机 9mm，球粉比4：l，转速470r／min。将磨球和混合粉末装入球磨罐时，同时加入少量丙酮作为过程 控制剂，防止粉体在罐壁和磨球上过度粘着。各不同配比的粉末分别球磨8、16、20、24、30h，罐 内充氩气进行保护，并将球磨罐采用O形橡胶圈密封。粉末的装罐及取出均在充有流动氩气的手套箱 内进行，以防氧化，球磨后的粉末采用PFS200型封口机对其进行密封保护。 将不同配比、不同球磨时间的混合粉末分别填充于内径为15mm，高74mm的高速钢模具中，粉 末质量约为29。室温下在液压式万能试验机加压1．5GPa进行静压固化。 用JSM．5600LV型扫描电子显微镜(SEM)观察球磨后粉末的颗粒形貌和固化试样的组织特征； 用D／max2500 X射线衍射仪，单色CuK伐x射线对球磨后粉末进行衍射分析；在水中根据阿基米德定 律测定固化试样的密度；采用100 g载荷的HXD．1000显微硬度计测量固化试样的硬度。 3、试验结果与讨论 3．1机械合金化粉末 3．1．1粉末形貌 在SEM下观察粉末颗粒由多层折叠的Cu与其中包裹的细微的C颗粒复合而成，粉末颗粒呈不 h、16 规则状(见图1)。图1中a、b、c为Cu．4wt％C混合粉末分别球磨8 h、24h的形貌。在球磨过 程中，由于磨球对铜粉末的冲击、碾压，使之发生塑性变形而成若干大小不一的薄片状，而后又折叠、 焊合或颗粒间发生焊合，同时在塑性变形后由于冷作硬化又导致其碎化，使颗粒尺寸逐渐减小；C颗 粒亦受撞击发生细化，同时部分被裹夹在cu颗粒内。所以在含碳量一定时，复合粉末随球磨时间的 延长被搅拌得更加均匀，而且粉末颗粒的粒度进一步减小。 图1中d、b、e为Cu-2、4、6wt％C混合粉末球磨16h后的形貌。从图中可见在相同球磨时间下， 粉末颗粒随碳含量的增加而细化。其原因是由于C对Cu颗粒间的焊合起着阻碍作用，而使Cu颗粒 的焊合发生困难所致。 b)Cu-4wt％C球磨16h c1Cu-4 h a)Cu-4wt％C球磨8h