铜基合金表面FSP制备Al2O3/TiO2颗粒增强复合材料改性层的研究

摘要

Al2O3/TiO2颗粒弥散强化铜基表面复合材料在保持铜基体良好的导电性、导热性能的同时，大大提高了材料表面的强度，将高强度和高导电性能有机的结合到一起，在电子电气、交通等领域有着广阔的应用前景。然而，由于Al2O3、TiO2等陶瓷相颗粒与铜基体间的润湿性比较差，常规的铸造、喷射沉积或粉末冶金等加工方法所制备的复合材料中的增强体颗粒与基体间的结合能力不够理想,且引入的增强颗粒在基体中往往存在着团聚等颗粒分散不均匀现象，从而使得复合材料的性能大大低于预期值。
　　本文采用搅拌摩擦加工技术将预先喷涂于T2纯铜基体表面的AT40陶瓷涂层引入到基体中制备Al2O3/TiO2颗粒弥散强化铜基表面复合改性层，并通过多道次加工解决复合层内的陶瓷相颗粒的团聚问题，实现颗粒的弥散分布。文中首先对FSP过程中的加工工艺参数实施优化，随后分析了不同工艺参数、以及不同加工道次条件下加工区内的微观组织结构、陶瓷相颗粒的分布特征及其相应的力学性能差异，最终结合测试结果对改性过程中的产热机制及组织演变机理进行分析讨论。
　　实验结果表明，改性层由表层细晶强化区和次表层的颗粒弥散区两部分组成。随着加工道次的增加颗粒弥散区厚度有所增加，经三道次FSP加工制得的颗粒弥散区厚度达到2200μm，增强相颗粒大幅细化，并实现了其在基体中的均匀弥散分布，且颗粒与基体铜间的结合力大大增加。改性层内平均硬度值达到448HV0.1，相当于母材硬度值的5倍；接头的最大剪切力达到7.98KN，抗剪切强度约为200MPa，约为母材的80％，断裂方式为混合型断裂；陶瓷相颗粒的加入提高了改性层的高温性能，复合改性层内的软化温度提高到900℃以上，奥罗万机制在高温下仍适用。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 本文研究背景

1.2 铜基复合材料

1.3搅拌摩擦焊接/加工技术

1.4本文研究的主要内容及意义

第二章 实验材料、设备及方法

2.1 实验材料

2.2 实验装置及工艺方案设计

2.3 实验结果检测与分析

第三章 基于有针搅拌头的有覆板单道次搅拌摩擦加工

3.1 引言

3.2 等离子喷涂AT40涂层

3.3 单道次FSP工件的宏观成型性分析

3.4 单道次加工改性层中微观组织的变化

3.5 接头力学性能分析

3.6 本章小结

第四章 基于有针搅拌头的有覆板多道次搅拌摩擦加工

4.1 引言

4.2多道次加工改性层中的微观结构分析

4.3 多道次加工接头力学性能分析

4.4 本章小结

第五章 FSP制备颗粒增强复合材料的形成机理

5.1 引言

5.2 搅拌区底部温度实时监测与分析

5.2 热-机械效应对陶瓷颗粒的作用

5.3 搅拌区陶瓷颗粒与铜基体组织间的作用机制

5.4 本章小结

第六章 结 论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果及发表的学术论文