真空熱壓燒結(jié)制備Cu—5%TiB2銅基復(fù)合材料研究

李存軍　趙華　張英等

摘 要：文章以Cu粉（3～5 μm）和TiB2粉（3 μm）為原料，通過真空熱壓燒結(jié)制備了Cu-5%TiB2復(fù)合材料。采用金相分析、X射線衍射、掃描電子顯微分析和X射線能量色散譜對制備的材料進行了表征。表征結(jié)果表明：銅基復(fù)合材料在制備過程中未摻入其他雜質(zhì)，TiB2顆粒均勻地分散在銅基復(fù)合材料中，材料未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。 關(guān)鍵詞：真空熱壓燒結(jié)；銅基復(fù)合材料

中圖分類號：U668.2 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）26-0165-02

1 概 述

由于具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和力學(xué)性能，銅基復(fù)合材料廣泛應(yīng)用在軸承、襯套、齒輪、接頭和閥機構(gòu)等組件上。在一些特定使用領(lǐng)域，需要提高銅基合金的耐磨性和硬度。利用具有高硬度、高彈性模量和高導(dǎo)電、高熱導(dǎo)的第二相改善銅基復(fù)合材料的耐磨性和硬度成為一種可行的方法。近幾年，一些學(xué)者在Cu-Cr和Cu-Pb合金加入TiB2顆粒制備了銅基復(fù)合材料，但這些方法制備的材料致密性和均勻性較差，基體中均存在著大量的缺陷。

本文采用真空熱壓燒結(jié)法成功制備了Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料，克服了銅基復(fù)合材料致密性和均勻性較差的問題。

2 實驗過程

稱取質(zhì)量為50 g的Cu粉（3～5 μm，99.97%）和TiB2粉（3 μm，99.99%），裝入鋼球球磨罐，研磨球為WC球；采用行星式球磨機進行球磨，球粉比為5：1，轉(zhuǎn)速為200 r/min，球磨時間為1.5 h。將球磨好的混合粉末稱取38.5 g，放入石墨模具中，利用真空熱壓爐進行燒結(jié)。燒結(jié)時在900 ℃時保溫10 min，保溫的同時施加了30 MPa的壓力，保溫結(jié)束后卸壓，隨爐冷卻。

實驗制備了Cu-0%TiB2和Cu-5%TiB2兩種不同TiB2含量的材料，采用金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡對制備的材料進行了顯微結(jié)構(gòu)分析和表面形貌分析，采用DX-2500型衍射儀對樣品進行了物相分析，采用能譜儀對合金的化學(xué)成分進行了分析。

3 結(jié)果討論

3.1 金相分析

燒結(jié)溫度為900 ℃、加壓30 MPa、保壓10 min制備的純Cu和Cu-5%TiB2復(fù)合材料的金相圖譜。制備的純Cu材料金相圖，如圖1（a）所示，Cu晶粒大小為5～10 μm；制備的Cu-5%TiB2復(fù)合材料的金相圖譜，如圖1（b）所示，TiB2晶粒大小為1～8 μm，均勻的分散在銅基合金中。在金相圖中未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。

3.2 物相分析

燒結(jié)溫度為900 ℃、加壓30 MPa、保壓10 min制備的純Cu和Cu-5%TiB2復(fù)合材料的XRD圖譜，如圖2所示。在Cu-5%TiB2復(fù)合材料衍射圖譜中，僅出現(xiàn)Cu和TiB2特征衍射峰；在純Cu衍射圖譜中，僅出現(xiàn)Cu特征衍射峰，無其他雜質(zhì)峰出現(xiàn)。X射線衍射結(jié)果表明，純銅和Cu-5%TiB2復(fù)合材料粉末在球磨、燒結(jié)過程中未發(fā)生氧化，也未引入其他雜質(zhì)。

3.3 掃描電子顯微分析

900 ℃燒結(jié)、加壓30 MPa制備的Cu-5%TiB2復(fù)合材料掃描電子顯微形貌圖，如圖3所示。圖中不規(guī)則的黑點為TiB2顆粒，亮灰色區(qū)域為銅基體，進一步證實復(fù)合物粉末在球磨、燒結(jié)過程中都未發(fā)生氧化，沒有引入其他雜質(zhì)，與XRD結(jié)果相匹配。TiB2顆粒在基體中整體分布均勻，局部有部分顆粒聚集，顆粒大小為1～8 μm。局部放大圖，如圖3（b）和圖3（a）所示，圖中TiB2顆粒與銅基體結(jié)合緊密，存在少量微裂紋和微氣孔，裂紋長度為0.2～0.4 μm，氣孔大小為0.1 μm左右。基體中較大的TiB2顆粒有破碎現(xiàn)象產(chǎn)生，是由于大的TiB2顆粒在熱壓燒結(jié)加壓過程中受到擠壓應(yīng)力而產(chǎn)生的。

Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料的能譜圖，如圖4所示。“Spectrum 1”是對TiB2顆粒的能譜分析，“Spectrum 2” 是對銅基體的能譜分析。TiB2顆粒能譜分析中除Ti元素峰外，沒有出現(xiàn)其他元素峰；銅基體能譜分析中除Cu元素峰外，沒有出現(xiàn)其他元素峰。能譜分析表明，銅基復(fù)合材料在制備過程中未引入其他雜質(zhì)。

4 結(jié) 語

使用真空熱壓燒結(jié)工藝制備了Cu-5%TiB2銅基復(fù)合材料，銅基復(fù)合材料在制備過程中未摻入其他雜質(zhì)，TiB2顆粒與銅基體結(jié)合緊密，均勻地分散在銅基復(fù)合材料中；制備的材料致密性和均勻性良好，未發(fā)現(xiàn)孔洞和夾雜等缺陷。

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