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粉末冶金技术案例高强高导高耐热弥散强化铜合金制备方法与研究现状 弥散强化铜合金是一类具有优良综合物理性能和力学性能的新型结构功能材料，它兼具高强高导性能和良好的抗高温软化能力。其弥散强化相粒子多为熔点高、高温稳定性好、硬度高的氧化物、硼化物、氮化物、碳化物。这些弥散相粒子以纳米级尺寸均匀弥散分布于铜基体内，它们与析出强化型铜合金时效析出的金属间化合物粒子不同，在接近于铜基体熔点的高温下也不会溶解或粗化，因此可以有效地阻碍位错运动和晶界滑移，提高合金的室温和高温强度，同时又不明显降低合金的导电性，且耐磨耐蚀性也较高。弥散强化铜合金的出现不仅丰富了铜合金的种类，而且扩大了其使用的温度范围。 弥散强化铜合金已被广泛应用于电阻焊电极、大规模集成电路引线框架、灯丝引线、电触头材料、大功率微波管结构材料、连铸机结晶器、直升机启动马达的整流子及浸入式燃料泵的整流子、核聚变系统中的等离子作用部件、燃烧室衬套、先进飞行器的机翼或叶片前缘等。 3、制备Cu/TiB2合金的性能 3.2 制备Cu/0.25wt%TiB2合金的力学性能 二、双熔体混合原位反应制备Cu/TiB2 合金的热力学 ※ 载荷传递强化 一般指微米级及以下的增强颗粒，载荷由基体传递 给颗粒，颗粒有效承担载荷，由于载荷传递产生 的屈服应力的增加可表达为： ΔσLT＝σm（1/2*fv） 式中σm为基体的屈服应力；fv为增强颗粒 的体积分数。退火态纯铜基体的屈服强度为 45MPa, 取其中间值，则ΔσLT为0.8MPa,此项可 忽略不计 ※亚结构（或细晶）强化机制 ※热错配位错强化 内氧化法(Internal Oxidation) 由于Al2O3等陶瓷粒子与铜熔体的润湿性很差，而且二者的比重相差较大，细小的陶瓷粒子易产生偏析和聚集，因此用传统的熔铸法制备这种材料较为困难。而采用内氧化法获得的Al2O3粒子尺寸细小，仅为10－20nm，而且分布均匀，制备的Cu-Al2O3合金综合性能优异。 其具体制备工艺如下：将成分合适的Cu-Al合金熔炼后，气体雾化喷粉，再与适量的氧化剂混合，在密闭容器中加热进行内氧化，溶质元素Al被表面扩散渗入的氧优先氧化生成Al2O3，随后将复合粉末在氢气中还原，除去残余的Cu2O, 然后将粉末包套、抽真空、挤压或热锻成形，大型坯材的致密化则可通过热等静压来完成。由于内氧化的时间取决于氧在铜基体中的扩散速率，即扩散反应的时间与氧在铜基体中完成扩散反应所通过的距离的平方成正比，因此为适应生产的要求，保证弥散粒子的尺寸细小和合理分布，扩散距离不应太大。因此氧化物弥散强化铜合金一般采用粉末冶金方法制备。 内氧化法：Cu-Al合金粉制备→内氧化→还原→压型→烧结→ 致密化加工成型 纳米弥散强化铜合金抗高温软化特性 产品照片 二、机械合金化/粉末冶金制备铜基形状记忆合金 球磨过程中混合粉末中Cu组元的晶粒大小与内应力的变化 球磨过程中混合粉末中Cu组元的晶格参数与峰位的变化 三、机械合金化/粉末冶金制备Cu-Al-Ni-Mn合金的结构 3.1 X-射线衍射分析 3.2 扫描电镜观察 3.3 机械合金化/粉末冶金制备Cu-Al-Ni-Mn合金形状记忆效应 * 液液方应法制备DS青铜示意图 接触反应装置示意图 反应喷射成形装置 示意图 一、纳米弥散强化Cu-TiB2合金的组织与性能 熔体混合原位反应——快速凝固装置工作原理示意图 1、装置工作原理示意图 2、制备Cu/TiB2合金的结构 不同条件下获得的Cu-TiB2合金SEM照片，(a,b) S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=20，θ=75°,温度1300℃，1个大气压(c,d) S0/(S1+S2)=0.5，L0/D0=15，θ=75°,温度1300℃，2个大气压(e,f)反应条件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,温度1400℃，2.5个大气压 原位复合材料XRD分析 原位复合材料TEM照片 (a 和b)明场像，（c）衍射花样 基体中存在40nm左右的球状弥散粒子 3.1 制备Cu/0.25wt%TiB2合金电导率 双熔体紊流混合原位反应-快速凝固法制备的Cu-0.25wt%TiB2合金锭坯(反应条件：S0/(S1+S2)=1.0，L0/D0=12，θ=75°,温度1400℃，2.5个大气压) ，经不同冷拉变形量冷拉后，在900℃氢气保护下退火0.5小时，其电导率测量结果 不同冷拉变形量的样品在900℃氢气保护下退火0.5小时后，合金的各种性能均有所回复，δ变化于30~35%之间，随变形量的