关键词：Cu-Cr-Zr合金;;机械合金化;;高能球磨;;热压烧结;;力学性能
摘 要：Cu-Cr-Zr合金是一种具有优越综合性能的新型功能材料,具有优良的导电、导热和高强度等性能,广泛应用于电力、电工及航空等行业。目前制备Cu-Cr-Zr合金的难点主要是Cr、Zr在Cu中固溶度较低,易造成成份偏析。为解决以上问题,本文采用机械合金化法制备Cu-Cr-Zr合金。采用卧式搅拌高能球磨的高能量输出来制备Cr、Zr固溶度较高、成份均匀的Cu-Cr-Zr合金粉体,辅以真空热压烧结工艺对粉体制备成型,研究了合金成份对合金性能的影响。(1)采用单因素实验研究了球磨参数对Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr合金粉体性能的影响。分析球磨时间、搅拌轴转速、球磨助剂含量、球料比和球磨介质大小对Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr粉体合金化时间、微观形貌的影响。通过对粉体进行SEM观察,利用XRD对其成份表征分析,得出在搅拌轴转速为1100/1300 rpm、球磨助剂含量1.5 wt%、球料比10:1及4 mm轴承钢球时,Cu-10 wt%Cr-10 wt%Zr粉体合金化所需时间最短为30 h。(2)研究了Cu-Cr合金中Cr含量(0.5 wt%-10 wt%)的变化对合金力学及电性能的影响。对合金进行XRD、SEM、力学拉伸及导电等检测,表征其成份组成及进行性能分析。在Cr含量为5 wt%时,Cu-5 wt%Cr粉体在球磨20 h时实现合金化,合金抗拉强度达到最大值为721.51 MPa,相比于纯铜增大了262.56%,电导率为59.30%IACS,确定Cr的加入量为5 wt%。(3)研究了Cu-5 wt%Cr-Zr合金中Zr含量(1 wt%-15 wt%)的变化对合金力学及电性能的影响。利用XRD、SEM、力学试验机及导电仪对合金进行成份、力学及电性能测试。在Zr含量为8 wt%时,粉体合金化所需时间为25 h。合金抗拉强度达到最大值为829.15 MPa,相比于纯铜增大了316.65%,电导率为43.70%IACS,因此选定Zr的添加量为8 wt%,制得Cu-5 wt%Cr-8 wt%Zr合金。(4)研究了Cu-5 wt%Cr-8 wt%Zr合金的强化机理及微观组织结构。采用SEM、金相、TEM对合金的断口形貌、微观结构进行表征。合金的增强机制为固溶强化。通过分析合金的拉伸断口形貌,发现Cu-5 wt%Cr-Zr合金中,随着Zr含量(1 wt%-15 wt%)的增加,合金断口处韧窝的数量逐渐增多且变大变深,合金由脆性断裂逐渐转变为韧性断裂,失效方式为基体的撕裂及合金固溶颗粒的断裂。
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