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浏览:- 发布日期:2020-09-15 14:45:05【

阙吴梅1,黄友庭1,2,陈文哲1,3

(1.福州大学材料科学与工程学院,福州 350116;2.福建工程学院材料科学与工程学院,福州 350118;

3.厦门理工学院,厦门 361024)

摘 要:通过(guo)熔渗烧结法制(zhi)备 CuW80合(he)(he)(he)(he)金,然后在1250 ℃下渗碳4h制(zhi)备梯(ti)度(du)结构铜钨基碳化物复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料;利用(yong)材料试验机对渗碳前后合(he)(he)(he)(he)金进行了(le)不同温(wen)度(du)下的压(ya)缩(suo)(suo)试验,采用(yong)扫描电(dian)镜对其组织(zhi)及压(ya)缩(suo)(suo)断口进行了(le)观(guan)察,研(yan)究了(le)温(wen)度(du)对复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料压(ya)缩(suo)(suo)性能的影响规律,并分析其失效机理.结果表(biao)(biao)明:复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料的表(biao)(biao)面形成了(le)约(yue)70μm 厚的渗碳层(ceng),表(biao)(biao)面硬度(du)较 CuW80合(he)(he)(he)(he)金的提高(gao)了(le)约(yue)95.1%;复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料在室温(wen)压(ya)缩(suo)(suo)过(guo)程(cheng)中存在明显的加工(gong)硬化现(xian)象,随(sui)温(wen)度(du)升(sheng)高(gao),加工(gong)硬化作(zuo)用(yong)逐(zhu)渐(jian)减(jian)弱;抗压(ya)强度(du)和压(ya)缩(suo)(suo)率随(sui)温(wen)度(du)升(sheng)高(gao)而降低,复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料的压(ya)缩(suo)(suo)性能均优(you)于CuW80合(he)(he)(he)(he)金的;随(sui)温(wen)度(du)升(sheng)高(gao),复(fu)合(he)(he)(he)(he)材料断口形貌由以韧窝(wo)为(wei)主逐(zhu)渐(jian)变成以塑性孔洞为(wei)主,压(ya)缩(suo)(suo)断裂(lie)方(fang)式是韧脆(cui)混(hun)合(he)(he)(he)(he)断裂(lie).

关键(jian)词(ci):梯度(du)结构;铜(tong)钨(wu)基碳化物复合材料;渗碳;高(gao)温压缩(suo)

中(zhong)图(tu)分类(lei)号(hao):TG113.2 文献(xian)标志(zhi)码:A 文章编号(hao):1000G3738(2017)07G0054G06


PreparationandHighTemperatureCompressionPropertyofGradientStructure

CopperGTungstenBasedCarbideComposite

QUE Wumei1,HUANGYouting

1,2,CHEN Wenzhe1,3

(1.CollegeofMaterialsScienceandEngineering,FuzhouUniversity,Fuzhou350116,China;

2.SchoolofMaterialsScienceandEngineering,FujianUniversityofTechnology,Fuzhou350118,China;

3.XiamenUniversityofTechnology,Xiamen361024,China)

Abstract:CuW80alloywaspreparedbyinfiltrationsintering method,thenthegradientstructurecopperG

tungstenbasedcarbidecompositewasobtainedbycarburizingprocessfor4hat1250℃.Thecompressiontestsforalloysbeforeandaftercarburizing werecarriedoutonuniversaltesting machineatdifferenttemperatures,andmicrostructureandcompressionfracturewereobservedbyscanningelectronmicroscope.Effectoftemperatureon

compressionperformanceforcompositewasresearched,andthefailuremechanism wasanalyzed.Theresultsshowthatacarburizationlayerwith70μmthicknesswasformedonthesurfaceofcompositeandsurfacehardnesswas

improvedby95.1% compared withthatofCuW80alloy.There wasasignificantworkhardeningprocessforcompositeduring room temperature compressionprocess,butthe hardening effect gradually weakened as

temperatureincreased.Thecompressivestrengthandcompressionratiodeclinedastemperatureincreased.ThecompressionpropertyofcompositewasbetterthanthatofCuW80alloy.Fracturemorphologyofcompositemainly

includeddimplesandthenmostlyplasticholesastemperatureincreased,andcompressionfracturefailuremodewasbrittlefracturemixedwithductilefracture.

Keywords:gradientstructure;coppertungstenbasedcarbidecomposite;carburization;hightemperaturecompression


0 引 言

    铜钨合(he)金是由铜和(he)钨经过(guo)熔(rong)渗烧(shao)结法而制备(bei)(bei)出的(de)一种假合(he)金,因其同时具备(bei)(bei)钨的(de)高(gao)熔(rong)点、高(gao)密(mi)度(du)、高(gao)硬(ying)度(du)、高(gao)的(de)高(gao)温(wen)强度(du)、低热膨胀系数(shu)和(he)铜的(de)高(gao)导电性(xing)、高(gao)导热性(xing)及良(liang)好塑性(xing)等(deng)特点,主要应(ying)用在真(zhen)空开关电器、电加工电极、电子封装及热沉和(he)高(gao)温(wen)材料(liao)等(deng)领域[1G4].

    在(zai)型钢(gang)轧(ya)(ya)制(zhi)过程中,安装在(zai)轧(ya)(ya)辊孔型前(qian)(qian)后帮助轧(ya)(ya)件按(an)既定的(de)(de)(de)(de)(de)方(fang)向和(he)(he)状(zhuang)态准确地(di)、稳定地(di)进入和(he)(he)导(dao)(dao)出轧(ya)(ya)辊孔型的(de)(de)(de)(de)(de)装置称为(wei)(wei)导(dao)(dao)卫(wei).传统的(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)卫(wei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)主要有(you)灰口铸(zhu)(zhu)铁、白口铸(zhu)(zhu)铁和(he)(he)球墨铸(zhu)(zhu)铁,但是这些材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)都不耐磨(mo)(mo)损(sun)且容易断裂,使(shi)用(yong)寿(shou)命通(tong)常仅几个小时,直接影响(xiang)到生产效率.最近的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明,将铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)合(he)(he)金(jin)(jin)作(zuo)(zuo)为(wei)(wei)导(dao)(dao)卫(wei)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao),具有(you)摩擦因数(shu)低(di)、不炸裂、耐磨(mo)(mo)损(sun)等优点,可(ke)以 解(jie) 决 目(mu) 前(qian)(qian) 传 统 导(dao)(dao) 卫(wei) 材(cai)(cai)(cai) 料(liao)(liao) 存 在(zai) 的(de)(de)(de)(de)(de) 许 多 问(wen)题[5].汪(wang)合(he)(he)朋(peng)[6]的(de)(de)(de)(de)(de)研(yan)究(jiu)表(biao)(biao)明,铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)合(he)(he)金(jin)(jin)导(dao)(dao)卫(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)使(shi)用(yong)寿(shou)命远高(gao)于(yu)传统材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)导(dao)(dao)卫(wei)的(de)(de)(de)(de)(de),甚至可(ke)以比 YG15硬质合(he)(he)金(jin)(jin)导(dao)(dao)卫(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)三倍以上.基(ji)于(yu)导(dao)(dao)卫(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)工作(zuo)(zuo)环境(jing)考(kao)虑,铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)合(he)(he)金(jin)(jin)导(dao)(dao)卫(wei)表(biao)(biao)面(mian)在(zai)高(gao)温和(he)(he)压力的(de)(de)(de)(de)(de)共同作(zuo)(zuo)用(yong)下(xia),不可(ke)避免地(di)存在(zai)黏钢(gang)现象(xiang),从而降低(di)其使(shi)用(yong)寿(shou)命.黄(huang)友庭[7]提出,渗(shen)碳后形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)梯(ti)度(du)(du)结构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)基(ji)碳化物(wu)(wu)复(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)具有(you)高(gao)的(de)(de)(de)(de)(de)硬度(du)(du)和(he)(he)良好的(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)温摩擦磨(mo)(mo)损(sun)特性(xing).因此,为(wei)(wei)减少铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)合(he)(he)金(jin)(jin)导(dao)(dao)卫(wei)的(de)(de)(de)(de)(de)黏钢(gang)现象(xiang)和(he)(he)提高(gao)其表(biao)(biao)面(mian)性(xing)能,作(zuo)(zuo)者采用(yong)此方(fang)法制(zhi)备了(le)梯(ti)度(du)(du)结构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)基(ji)碳化物(wu)(wu)复(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao),然后进行(xing)了(le)不同温度(du)(du)下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)压缩试验,利用(yong)扫描电(dian)子显微镜观察组织及(ji)断口形(xing)貌(mao),并结合(he)(he)能谱仪(yi)对(dui)微区成(cheng)分进行(xing)分析(xi)(xi),研(yan)究(jiu)了(le)温度(du)(du)对(dui)渗(shen)碳后形(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)梯(ti)度(du)(du)结构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)(wu)基(ji)碳化物(wu)(wu)复(fu)合(he)(he)材(cai)(cai)(cai)料(liao)(liao)压缩性(xing)能的(de)(de)(de)(de)(de)影响(xiang)规律,并分析(xi)(xi)其失效机理.

1 试样制备与试验方(fang)法

1.1 试样(yang)制备(bei)

    采用(yong)熔 渗 烧 结 法 制(zhi) 备(bei) CuW80 合 金(jin).将(jiang) 粒 径(jing)5.6~8μm、纯度99.98%的钨(wu)粉(fen)(fen)在(zai)(zai)氢(qing)气(qi)环境(jing)下进(jin)行(xing)还原(yuan)处理,温度(860±10)℃,保(bao)温1h;同时将(jiang)粒径(jing)0.074μm、纯度99.8%的电解(jie)铜粉(fen)(fen)也在(zai)(zai)氢(qing)气(qi)环境(jing)下进(jin)行(xing)还原(yuan)处理,温度(300±10)℃,保(bao)温1h;把还原(yuan)后(hou)的钨(wu)粉(fen)(fen)和(he)铜粉(fen)(fen)按质量比8∶2均匀混(hun)合,然(ran)后(hou)加入1%(质量分数)钴粉(fen)(fen)作为活化(hua)剂,混(hun)合均匀后(hou)烘干(gan);配(pei)料完成 后(hou),用(yong) 50t四 柱 压 力 机(ji) 进(jin) 行(xing) 压 制(zhi) 成 型(xing),CuW80合金(jin)压坯尺(chi)寸为20 mm×15 mm×8 mm和?9mm×22mm.采用(yong)高(gao)温渗碳方法制(zhi)备具有梯度(du)结(jie)构(gou)的(de)(de)铜钨基碳化物复合材料.将(jiang)制(zhi)得的(de)(de) CuW80合金压坯用(yong)汽

油洗(xi)净除去表面污物,酒精冲洗(xi)后(hou)晾干,装入石墨舟内,填(tian)满石墨粉,轻(qing)(qing)轻(qing)(qing)压(ya)实后(hou),装入专门的烧(shao)结碳化(hua)炉(lu)中,在(zai)1250 ℃下(xia)渗碳4h,然(ran)后(hou)随炉(lu)冷却至低于100 ℃后(hou)出(chu)炉(lu).

1.2 试(shi)验方法

    将(jiang) CuW80合(he)金(jin)与渗碳(tan)后形成(cheng)的梯度结构(gou)铜(tong)钨基碳(tan)化(hua)物复合(he)材料(liao)试样经表面抛光处理后,用氯化(hua)铁盐(yan)酸溶液(ye)(FeCl3、HCl、去离子(zi)水(shui)的体积比为(wei)1∶2∶20)腐蚀5~10s,用清(qing)水(shui)洗净,再用酒(jiu)精清(qing)洗并(bing)吹干.采用SG3400N 型扫描电(dian)子(zi)显(xian)微(wei)镜(SEM)对试样进行(xing)组织及断口形貌观察,并(bing)用其(qi)附带的能(neng)谱(pu)仪进行(xing)微(wei)区成(cheng)分分析(xi).

    采用 D/maxGUltimaⅢ型 X 射(she)线(xian)衍(yan)(yan)射(she)仪(XRD)对 CuW80合金与(yu)渗碳后形(xing)成的梯度(du)(du)(du)结构铜钨(wu)基碳化物(wu)复(fu)合材料进行物(wu)相(xiang)分(fen)析,工作(zuo)电(dian)压为40kV,电(dian)流为20 mA,衍(yan)(yan)射(she)靶(ba)材为 Cu靶(ba),扫(sao)描(miao)角度(du)(du)(du)范(fan)围为20°~100°,扫(sao)描(miao)速(su)率为4 (°)??min-1,步长为0.01°.通过Jade6.0软件定量分(fen)析物(wu)相(xiang)组成变化.采用 HXG1000型显微维氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)计进行硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)测(ce)试(shi),载荷为4.9N,保载时间(jian)为10s,压头为正四棱锥金刚石(shi).各选取三个试(shi)样(yang),每个试(shi)样(yang)表面(mian)测(ce) 10 个点(dian),取平(ping)均值作(zuo)为其维氏(shi)硬(ying)(ying)度(du)(du)(du)值.

    在InstronG1185型(xing)万能材料(liao)试(shi)(shi)验机进行(xing)(xing)高温(wen)(wen)(wen)压(ya)(ya)缩试(shi)(shi) 验,试(shi)(shi) 样 尺 寸(cun) 为 ?8.5 mm ×20 mm,采 用(yong)InstronSF375D 型(xing)高温(wen)(wen)(wen)炉(lu)(最高温(wen)(wen)(wen)度(du) 1000 ℃)加(jia)热,压(ya)(ya)缩速度(du)为 1 mm??min-1,压(ya)(ya)缩温(wen)(wen)(wen)度(du)分别设(she)置(zhi)为:室温(wen)(wen)(wen)(25 ℃),200,400,600 ℃;加(jia)热到各个温(wen)(wen)(wen)度(du)时(shi)均保温(wen)(wen)(wen)5min后(hou)进行(xing)(xing)压(ya)(ya)缩试(shi)(shi)验.


2 试验结(jie)果(guo)与讨论

2.1 显微组织

    图1中(zhong)较亮区域(yu)(yu)为钨,较暗(an)区域(yu)(yu)为铜,可(ke)以看出,CuW80合(he)金与梯度结构铜钨基碳化物复合(he)材料中(zhong)的(de)钨颗粒(li)直(zhi)径大(da)小不一,在0.5~8μm 之间,但总(zong)体(ti)分布均(jun)(jun)匀,铜均(jun)(jun)匀包(bao)覆在钨颗粒(li)的(de)周围,材料表面(mian)

并未(wei)出现孔洞和裂纹(wen).由图(tu)2可(ke)知,复(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)存(cun)在(zai)钨(wu)、铜、碳(tan)(tan)(tan)三种元素,铜镶嵌在(zai)钨(wu)骨架内,与钨(wu)结合(he)(he)良好,碳(tan)(tan)(tan)则(ze)弥(mi)散分(fen)布于(yu)材(cai)料(liao)的表(biao)面(mian),材(cai)料(liao)表(biao)面(mian)成(cheng)分(fen)分(fen)布均匀.由图(tu)3可(ke)知,梯度结构铜钨(wu)基碳(tan)(tan)(tan)化物复(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)渗碳(tan)(tan)(tan)层(ceng)的厚度约为(wei)70μm,这表(biao)明碳(tan)(tan)(tan)已成(cheng)功(gong)渗入到 CuW80 合(he)(he)金的表(biao)面(mian).由 图(tu)4可(ke)知,合(he)(he)金渗碳(tan)(tan)(tan)层(ceng)中含有 WC、Cu、W2C和 W 等4个物相.经分(fen)析(xi)可得,渗 碳 层 中(zhong) 各 物 相 含 量(liang) (质 量(liang) 分(fen) 数)分(fen) 别 为61.8%WC,22.7%Cu,10.1%W2C,5.4%W,其中(zhong)WC

图1 CuW80合金与梯度结构铜钨基碳化物复合材料的表面显微组织

图2 梯度结构铜钨基碳化物复合材料的元素面扫描结果

图3 梯度结构铜钨基碳化物复合材料渗碳层碳元素的

图4 梯度结构铜钨基碳化物复合材料的 XRD谱


    含量(liang)最高,W 含量(liang)最低,这说明在渗(shen)(shen)碳(tan)过程中(zhong),碳(tan)极易与钨发生化(hua)(hua)(hua)学反(fan)应(ying)形成高硬度(du)(du)的(de) WC.虽然 WC的(de)形态及分布还有待进一步研究(jiu),但是以上结果均(jun)表(biao)明,渗(shen)(shen)碳(tan)处理可以在 CuW80合金中(zhong)形成了一定厚度(du)(du)的(de)渗(shen)(shen)碳(tan)层,并生成了高硬度(du)(du)的(de)碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物 WC.由表(biao)1可知,CuW80合金的(de)维(wei)氏(shi)硬度(du)(du)平(ping)(ping)均(jun)值为243.05HV,而梯度(du)(du)结构铜(tong)钨基碳(tan)化(hua)(hua)(hua)物复(fu)合材(cai)料的(de)维(wei)氏(shi)硬度(du)(du)平(ping)(ping)均(jun)值为474.15HV.因此,经过渗(shen)(shen)碳(tan)处理后,渗(shen)(shen)碳(tan)层中(zhong)生成的(de) WC使合金表(biao)面硬度(du)(du)显(xian)著提高,较渗(shen)(shen)碳(tan)前的(de)提高了约95.1%.


表1 CuW80合金与梯度结构铜钨基碳化物


2.2 压(ya)缩性能

    由(you)图(tu)5(a)可(ke)知(zhi):在(zai)相(xiang)同的(de)(de)(de)(de)(de)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)速率和应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)量下,梯度(du)(du)结(jie)构铜钨(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化(hua)物复合(he)材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)随压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)而逐(zhu)渐(jian)降低.在(zai)弹性变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)阶(jie)段,随压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao),应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)上升(sheng)速度(du)(du)变(bian)(bian)(bian)(bian)慢.当(dang)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)大(da)(da)(da)于4%时(shi),材(cai)料(liao)开始进入加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)阶(jie)段,室温(wen)下材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)现(xian)象非(fei)常明显,占据整(zheng)个压(ya)缩(suo)(suo)(suo)过程的(de)(de)(de)(de)(de)90%,该阶(jie)段应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)增(zeng)加(jia)了约(yue)(yue)800MPa,当(dang)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)达到最(zui)大(da)(da)(da)值(zhi)(zhi)时(shi),材(cai)料(liao)发(fa)生(sheng)断裂(lie).随压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao),材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)作用减弱(ruo).压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)为(wei)(wei)200 ℃时(shi),在(zai)进入加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)阶(jie)段后,应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)随应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)增(zeng)大(da)(da)(da)而缓慢增(zeng)加(jia),当(dang)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)约(yue)(yue)为(wei)(wei)28%时(shi),应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)达到最(zui)大(da)(da)(da)值(zhi)(zhi)(627.18MPa),随后缓慢降低至(zhi)某一(yi)值(zhi)(zhi)并保持一(yi)段时(shi)间后发(fa)生(sheng)断裂(lie).压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)为(wei)(wei)400℃时(shi),应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)G应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)曲线(xian)的(de)(de)(de)(de)(de)变(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)趋(qu)势与200 ℃时(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)致,但是应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)随应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)变(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)幅度(du)(du)较小.当(dang)压(ya)缩(suo)(suo)(suo)温(wen)度(du)(du)为(wei)(wei)600℃时(shi),应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)在(zai)加(jia)工(gong)硬(ying)化(hua)阶(jie)段几乎没(mei)有发(fa)生(sheng)变(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua).由(you)图(tu)5(b)可(ke)知(zhi),CuW80合(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)力(li)(li)G应(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)变(bian)(bian)(bian)(bian)曲线(xian)与梯度(du)(du)结(jie)构铜钨(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化(hua)物复合(he)材(cai)料(liao)具有类似的(de)(de)(de)(de)(de)变(bian)(bian)(bian)(bian)化(hua)趋(qu)势.

图5 梯度结构铜钨基碳化物复合材料与 CuW80合金在不同温度下的压缩应力G应变曲线


    由表2可见,梯(ti)度结(jie)构(gou)铜钨(wu)基碳(tan)(tan)化物(wu)复(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料的(de)(de)室(shi)温抗(kang)压(ya)强度高(gao)达1484.23 MPa,随温度升高(gao),抗(kang)压(ya)强度逐渐(jian)降低(di),但降低(di)幅度越(yue)来越(yue)小.梯(ti)度结(jie)构(gou)铜钨(wu)基碳(tan)(tan)化物(wu)复(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料的(de)(de)室(shi)温抗(kang)压(ya)强度比(bi)渗碳(tan)(tan)前(qian)CuW80合(he)(he)金(jin)的(de)(de)高(gao)92.44 MPa,200 ℃的(de)(de)比(bi)渗碳(tan)(tan)前(qian)的(de)(de)高(gao)12.44 MPa,400 ℃的(de)(de)比(bi)渗碳(tan)(tan)前(qian)的(de)(de)高(gao)24.75 MPa,而600 ℃的(de)(de)比(bi)渗碳(tan)(tan)前(qian)的(de)(de)高(gao)4.89MPa,这表明(ming)渗碳(tan)(tan)处(chu)理可提(ti)高(gao) CuW80合(he)(he)金(jin)的(de)(de)抗(kang)压(ya)性能.梯(ti)度结(jie)构(gou)铜钨(wu)基碳(tan)(tan)化物(wu)复(fu)(fu)合(he)(he)材(cai)料和 CuW80合(he)(he)金(jin)的(de)(de)压(ya)缩率随缩温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao)而(er)减小.因此(ci),随压(ya)(ya)(ya)(ya)缩(suo)(suo)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升(sheng)高(gao),梯(ti)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)结(jie)构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化物复(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)和(he)(he)塑(su)(su)性均降(jiang)低.通常,随温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)升(sheng)高(gao),材(cai)料(liao)(liao)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)低,而(er)塑(su)(su)性提(ti)高(gao),但梯(ti)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)结(jie)构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化物复(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)塑(su)(su)性也呈现(xian)降(jiang)低的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 趋(qu) 势,这(zhei) 与 CuW80 合(he)(he) 金(jin) 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 变(bian)(bian)(bian)(bian) 形(xing) 本(ben) 质 密 切(qie) 相(xiang)关(guan)[7].对于 CuW80合(he)(he)金(jin)而(er)言,铜(tong)(tong)和(he)(he)钨(wu)(wu)(wu)不互溶,由(you)于钨(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)远(yuan)远(yuan)大于铜(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du),因此(ci)当材(cai)料(liao)(liao)受(shou)到(dao)(dao)压(ya)(ya)(ya)(ya)缩(suo)(suo)作用时(shi),软相(xiang)铜(tong)(tong)先吸收大量变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)功而(er)发生(sheng)塑(su)(su)性变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing),此(ci)时(shi)硬相(xiang)钨(wu)(wu)(wu)是(shi)(shi)没有变(bian)(bian)(bian)(bian)化的(de)(de)(de)(de)(de)(de),随着应变(bian)(bian)(bian)(bian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)增加,载荷(he)将通过铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)界面逐(zhu)渐传递到(dao)(dao)硬相(xiang)钨(wu)(wu)(wu)中,使(shi)硬相(xiang)钨(wu)(wu)(wu)也开始变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing),并(bing)(bing)表(biao)现(xian)出很(hen)(hen)强(qiang)(qiang)(qiang)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)加工硬化作用.由(you)于铜(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔点要比钨(wu)(wu)(wu)低很(hen)(hen)多,随温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)升(sheng)高(gao),铜(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)降(jiang)低,而(er)钨(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)仍很(hen)(hen)高(gao),铜(tong)(tong)所(suo)能(neng)承受(shou)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)越(yue)来越(yue)少(shao),并(bing)(bing)很(hen)(hen)快达到(dao)(dao)其变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)极限,在(zai)(zai)钨(wu)(wu)(wu)尚(shang)未(wei)发生(sheng)完全(quan)塑(su)(su)性变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)时(shi),铜(tong)(tong)已先发生(sheng)断(duan)裂(lie)了(le)(le),从(cong)而(er)出现(xian) CuW80合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)抗(kang)压(ya)(ya)(ya)(ya)强(qiang)(qiang)(qiang) 度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du) 和(he)(he) 压(ya)(ya)(ya)(ya) 缩(suo)(suo) 率 随 温(wen)(wen) 度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du) 升(sheng) 高(gao) 而(er) 降(jiang) 低 的(de)(de)(de)(de)(de)(de) 现(xian) 象.CuW80合(he)(he)金(jin)经(jing)过渗碳(tan)后,虽(sui)然形(xing)成的(de)(de)(de)(de)(de)(de) WC提(ti)高(gao)了(le)(le)铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)强(qiang)(qiang)(qiang)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du),在(zai)(zai)室(shi)温(wen)(wen)压(ya)(ya)(ya)(ya)缩(suo)(suo)时(shi)也表(biao)现(xian)出较(jiao)好(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)压(ya)(ya)(ya)(ya)缩(suo)(suo)性能(neng),但并(bing)(bing)未(wei)改变(bian)(bian)(bian)(bian) CuW80假合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)本(ben)质,因此(ci)梯(ti)度(du)(du)(du)(du)(du)(du)(du)结(jie)构铜(tong)(tong)钨(wu)(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化物复(fu)合(he)(he)材(cai)料(liao)(liao)在(zai)(zai)高(gao)温(wen)(wen)压(ya)(ya)(ya)(ya)缩(suo)(suo)下所(suo)表(biao)现(xian)出的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高(gao)温(wen)(wen)变(bian)(bian)(bian)(bian)形(xing)规律和(he)(he) CuW80合(he)(he)金(jin)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)是(shi)(shi)一样的(de)(de)(de)(de)(de)(de),如图5所(suo)示.这(zhei)也是(shi)(shi)渗碳(tan)后的(de)(de)(de)(de)(de)(de) CuW80合(he)(he)金(jin)在(zai)(zai)室(shi)温(wen)(wen)时(shi)具有较(jiao)好(hao)加工硬化能(neng)力的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因.此(ci)外,由(you)于铜(tong)(tong)和(he)(he)钨(wu)(wu)(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)熔点和(he)(he)热膨(peng)胀系数(shu)存在(zai)(zai)很(hen)(hen)大的(de)(de)(de)(de)(de)(de)差异,在(zai)(zai)载荷(he)作用下材(cai)  料(liao)(liao)中会(hui)形成(cheng)(cheng)一定的残余应力,这些残余应力的存在(zai)也(ye)会(hui)间 接 降 低 材 料(liao)(liao) 的 承 载 能(neng) 力[8G9].王 聪 等(deng)[10]认为(wei),材料(liao)(liao)在(zai)高温下由氧(yang)化引起的质(zhi)量损失随温度(du)升高而急剧增多,这会(hui)造成(cheng)(cheng)材料(liao)(liao)承载能(neng)力降低,其表现(xian)为(wei)抗(kang)压强度(du)随温度(du)升高而降低,在(zai)后面(mian)断口(kou)成(cheng)(cheng)分分析中可看到(dao)高温氧(yang)化的现(xian)象.然而,即使在(zai)600 ℃的高温作用下,梯度(du)结构(gou)铜钨基碳(tan)化物复合材料(liao)(liao)的抗(kang)压强度(du)仍(reng)可达到(dao)355.30MPa,能(neng)够满足导(dao)卫的使用要求.

图7 梯度结构铜钨基碳化物复合材料在不同温度下的断口SEM 形貌

  

2.3 压(ya)缩断口形(xing)貌(mao)

    由图6可以看出(chu):复合材(cai)料压(ya)缩(suo)(suo)断(duan)口(kou)表(biao)(biao)面总体较平整;室温下的(de)压(ya)缩(suo)(suo)断(duan)口(kou)未(wei)发(fa)(fa)生氧化现象(xiang)(xiang),断(duan)口(kou)颜(yan)色(se)为(wei)黄色(se),随着温度的(de)升高(gao),压(ya)缩(suo)(suo)断(duan)口(kou)的(de)氧化现象(xiang)(xiang)越来越严重,断(duan)口(kou)颜(yan)色(se)发(fa)(fa)生灰(hui)绿色(se)→灰(hui)褐色(se)→黑色(se)变化;断(duan)口(kou)的(de)光(guang)泽度逐渐下降(jiang),且撕(si)裂(lie)(lie)现象(xiang)(xiang)愈发(fa)(fa)明显,这不仅与高(gao)温下试样表(biao)(biao)面的(de)氧化有(you)关,也与高(gao)温下原(yuan)子热运(yun)动导致(zhi)晶粒强(qiang)(qiang)度及晶间结合强(qiang)(qiang)度的(de)降(jiang)低有(you)关[11].断(duan)口(kou)均呈现出(chu)与轴线成约45°方向(xiang)的(de)剪(jian)切(qie)断(duan)裂(lie)(lie),这是因为(wei)压(ya)缩(suo)(suo)时试样与压(ya)头间的(de)摩擦(ca)力(li)导致(zhi)试样中产生了与压(ya)缩(suo)(suo)轴呈45°方向(xiang)的(de)剪(jian)切(qie)应力(li),并且与其他少(shao)量(liang)正应力(li)的(de)共同作用使材(cai)料发(fa)(fa)生沿轴线约45°方向(xiang)的(de)断(duan)裂(lie)(lie)[12].


梯度结构铜钨基碳化物复合材料不同温度压缩后的

    图(tu)7中较亮区域为钨,较暗(an)区域为铜(tong).由图(tu)7(a)~(d)可以看出:在压(ya)(ya)缩过程(cheng)中,具有优良(liang)塑性的(de)(de)(de)铜(tong)在压(ya)(ya)力的(de)(de)(de)作用下产(chan)生明(ming)显(xian)的(de)(de)(de)位移(yi),沿断(duan)(duan)口方向出现(xian)(xian)明(ming)显(xian)的(de)(de)(de)滑(hua)移(yi)带.室温下断(duan)(duan)口中的(de)(de)(de)滑(hua)移(yi)带较稀(xi)疏,随温度升高,滑(hua)移(yi)带数量增(zeng)多(duo)(duo),压(ya)(ya)缩温度为600℃时(shi)试样(yang)断(duan)(duan)口上(shang)(shang)出现(xian)(xian)很多(duo)(duo)挤出脊.从(cong)材料的(de)(de)(de)变(bian)形机理方面分析,当位错(cuo)塞(sai)积数目较多(duo)(duo)并且滑(hua)移(yi)系(xi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)塞(sai)积应力达(da) 到 原 子(zi) 键(jian) 合(he) 力 时(shi),裂(lie) 纹 将 在 滑(hua) 移(yi) 带 上(shang)(shang) 形核[13].压(ya)(ya)缩过程(cheng)中,试样(yang)的(de)(de)(de)塑性变(bian)形不断(duan)(duan)增(zeng)大(da),从(cong)而使晶粒(li)周围出现(xian)(xian)大(da)量的(de)(de)(de)滑(hua)移(yi)带和(he)挤出脊,随着(zhe)压(ya)(ya)力的(de)(de)(de)增(zeng)大(da),滑(hua)移(yi)带和(he)挤出脊处出现(xian)(xian)较大(da)的(de)(de)(de)裂(lie)纹并迅速扩展,最终出现(xian)(xian)断(duan)(duan)裂(lie)破坏(huai).

    结(jie)合(he)(he)(he)图7(e)~(h)可知,不(bu)同温(wen)度(du)(du)下的(de)(de)(de)(de)(de)(de)断(duan)(duan)口(kou)(kou)均(jun)出现(xian)(xian)(xian)了脆性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)小平面,以(yi)及(ji)具(ju)有(you)韧(ren)(ren)性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)特征的(de)(de)(de)(de)(de)(de)韧(ren)(ren)窝.这(zhei)(zhei)表明梯(ti)度(du)(du)结(jie)构铜钨基碳化(hua)物(wu)复合(he)(he)(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)压缩断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)属于脆性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)和(he)韧(ren)(ren)性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)混合(he)(he)(he)方(fang)式(shi),这(zhei)(zhei)种混合(he)(he)(he)模式(shi)与(yu) CuW80合(he)(he)(he)金的(de)(de)(de)(de)(de)(de)变形规律(lv)和(he)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)机理是密切相(xiang)关的(de)(de)(de)(de)(de)(de).铜表现(xian)(xian)(xian)为(wei)(wei)塑(su)(su)性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie),而(er)(er)钨则表现(xian)(xian)(xian)为(wei)(wei)脆性(xing)(xing)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie),室温(wen)时(shi)断(duan)(duan)口(kou)(kou)表面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)韧(ren)(ren)窝又(you)深(shen)又(you)多(duo),这(zhei)(zhei)体现(xian)(xian)(xian)出铜的(de)(de)(de)(de)(de)(de)良好塑(su)(su)性(xing)(xing)[14]和(he)室温(wen)下良好的(de)(de)(de)(de)(de)(de)韧(ren)(ren)性(xing)(xing).压缩温(wen)度(du)(du)为(wei)(wei)400 ℃和(he)600 ℃时(shi),断(duan)(duan)口(kou)(kou)表面出现(xian)(xian)(xian)颗(ke)粒(li)(li)(li)状(zhuang)铜和(he)钨的(de)(de)(de)(de)(de)(de)氧化(hua)物(wu),断(duan)(duan)口(kou)(kou)形貌主要(yao)为(wei)(wei)塑(su)(su)孔.由此可见(jian),随温(wen)度(du)(du)升高,断(duan)(duan)口(kou)(kou)形貌由以(yi)韧(ren)(ren)窝为(wei)(wei)主逐渐转变为(wei)(wei)以(yi)塑(su)(su)孔为(wei)(wei)主,这(zhei)(zhei)是因(yin)为(wei)(wei)在(zai)高温(wen)下,原(yuan)子(zi)迁移更容易(yi)进行,原(yuan)子(zi)间(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)结(jie)合(he)(he)(he)能力减(jian)弱,同时(shi)晶(jing)粒(li)(li)(li)强(qiang)度(du)(du)和(he)晶(jing)界强(qiang)度(du)(du)均(jun)随温(wen)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)升高而(er)(er)降低,所以(yi)受(shou)力后晶(jing)界更容易(yi)产生滑动,晶(jing)界滑动导(dao)致(zhi)晶(jing)界裂(lie)(lie)(lie)(lie)纹的(de)(de)(de)(de)(de)(de)形成(cheng)并(bing)逐渐扩展,最终导(dao)致(zhi)晶(jing)间(jian)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie),即产生 WGC 相(xiang)界面的(de)(de)(de)(de)(de)(de)分(fen)离(li)(li),随后出现(xian)(xian)(xian) WGW 颗(ke)粒(li)(li)(li)间(jian)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)[15].研究(jiu)表明,钨合(he)(he)(he)金断(duan)(duan)口(kou)(kou)基本(ben)上(shang)由以(yi)下四种断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)形态(tai)组成(cheng):(1)WGW 颗(ke)粒(li)(li)(li)分(fen)离(li)(li);(2)钨颗(ke)粒(li)(li)(li)解(jie)理;(3)钨颗(ke)粒(li)(li)(li)与(yu)基体黏结(jie)相(xiang)界面分(fen)离(li)(li);(4)基体黏结(jie)相(xiang)断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)[16].因(yin)此,梯(ti)度(du)(du)结(jie)构铜钨基碳化(hua)物(wu)复合(he)(he)(he)材料的(de)(de)(de)(de)(de)(de)高温(wen)压缩断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)形态(tai)为(wei)(wei)铜颗(ke)粒(li)(li)(li)变形断(duan)(duan)裂(lie)(lie)(lie)(lie)到 WGW 颗(ke)粒(li)(li)(li)分(fen)离(li)(li)以(yi)及(ji)钨与(yu)铜黏结(jie)相(xiang)界面分(fen)离(li)(li)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)过程.

    由表(biao)(biao)3可见,随压(ya)缩(suo)(suo)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao)(gao),断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)某(mou)些区(qu)(qu)域中的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)迅速增(zeng)多,由室(shi)温(wen)(wen)时(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)0.47%增(zeng)加(jia)到(dao)(dao)600℃时(shi)(shi)(shi)(shi)的(de)(de)(de)15.97%,这(zhei)(zhei)(zhei)说明(ming)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao)(gao)导致(zhi)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化现(xian)(xian)象加(jia)剧.室(shi)温(wen)(wen) 时(shi)(shi)(shi)(shi) 断(duan)(duan)(duan) 口(kou)(kou)(kou) 几 乎 没 被 氧(yang)(yang)(yang)(yang) 化,当(dang) 温(wen)(wen) 度(du)(du)(du)(du) 升 高(gao)(gao) 到(dao)(dao)200 ℃时(shi)(shi)(shi)(shi),表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)先被氧(yang)(yang)(yang)(yang)化,使(shi)(shi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)由原(yuan)先的(de)(de)(de)0.47%升高(gao)(gao)到(dao)(dao)1.68%,当(dang)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao)(gao)到(dao)(dao)400 ℃时(shi)(shi)(shi)(shi),表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化加(jia)剧,部(bu)分(fen)钨(wu)(wu)开始被氧(yang)(yang)(yang)(yang)化,此时(shi)(shi)(shi)(shi)氧(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)升高(gao)(gao)到(dao)(dao)9.72%,而(er)(er)当(dang)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao)(gao)到(dao)(dao)600 ℃时(shi)(shi)(shi)(shi),表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)上大(da)部(bu)分(fen)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)和钨(wu)(wu)均(jun)被氧(yang)(yang)(yang)(yang)化,氧(yang)(yang)(yang)(yang)含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)高(gao)(gao)达(da)15.97%.由图(tu)7(h)可以(yi)看(kan)到(dao)(dao),此时(shi)(shi)(shi)(shi)试(shi)样(yang)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian)均(jun)为铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)和钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化物(wu).可见,断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)微(wei)(wei)区(qu)(qu)氧(yang)(yang)(yang)(yang)元素的(de)(de)(de)分(fen)析结(jie)果与(yu)宏(hong)观(guan)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化加(jia)剧的(de)(de)(de)现(xian)(xian)象以(yi)及微(wei)(wei)观(guan)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)形(xing)貌的(de)(de)(de)分(fen)析结(jie)果相(xiang)一(yi)致(zhi).根据(ju)表(biao)(biao)3中铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)和钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)数(shu)(shu)可以(yi)发(fa)现(xian)(xian),在不同温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)压(ya)缩(suo)(suo)后,某(mou)些微(wei)(wei)区(qu)(qu)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)与(yu)钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)(bi)与(yu)原(yuan)始组织成(cheng)分(fen)相(xiang)比(bi)(bi)发(fa)生了(le)明(ming)显的(de)(de)(de)变(bian)化.铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)数(shu)(shu)基(ji)本保持在63%~72%范围内(nei),钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)数(shu)(shu)随温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)升高(gao)(gao)而(er)(er)降低(di),当(dang)压(ya)缩(suo)(suo)温(wen)(wen)度(du)(du)(du)(du)为600℃时(shi)(shi)(shi)(shi),钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)分(fen)数(shu)(shu)降低(di)到(dao)(dao)16.18%.铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)钨(wu)(wu)合金原(yuan)始组织中钨(wu)(wu)、铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)含(han)量(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)(bi)为8∶2,而(er)(er)室(shi)温(wen)(wen)下断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)某(mou)些微(wei)(wei)区(qu)(qu)接近于(yu)3∶7,这(zhei)(zhei)(zhei)是(shi)(shi)因(yin)(yin)为铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)为面(mian)(mian)(mian)心立(li)方结(jie)构(gou),具有很好(hao)的(de)(de)(de)延展性(xing),而(er)(er)钨(wu)(wu)是(shi)(shi)体心立(li)方结(jie)构(gou),在压(ya)缩(suo)(suo)过程(cheng)中,试(shi)样(yang)承载的(de)(de)(de)压(ya)力增(zeng)大(da)时(shi)(shi)(shi)(shi),铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)首(shou)先产生塑性(xing)变(bian)形(xing),为抵(di)抗试(shi)样(yang)所受到(dao)(dao)的(de)(de)(de)剪切应力破坏,铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)被拉伸与(yu)撕扯,并大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)黏附(fu)于(yu)钨(wu)(wu)的(de)(de)(de)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian),形(xing)成(cheng)很多的(de)(de)(de)滑移带与(yu)挤出脊,从而(er)(er)使(shi)(shi)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)附(fu)着于(yu)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)某(mou)些微(wei)(wei)区(qu)(qu).在高(gao)(gao)温(wen)(wen)下,铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)塑性(xing)变(bian)形(xing)更(geng)加(jia)剧烈,断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)部(bu)位主要表(biao)(biao)现(xian)(xian)为铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)变(bian)形(xing)与(yu)断(duan)(duan)(duan)裂,铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)附(fu)着于(yu)断(duan)(duan)(duan)口(kou)(kou)(kou)表(biao)(biao)面(mian)(mian)(mian),同时(shi)(shi)(shi)(shi)高(gao)(gao)温(wen)(wen)促(cu)进大(da)量(liang)(liang)(liang)(liang)氧(yang)(yang)(yang)(yang)化铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)生成(cheng),这(zhei)(zhei)(zhei)些都(dou)是(shi)(shi)导致(zhi)钨(wu)(wu)与(yu)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)质(zhi)(zhi)量(liang)(liang)(liang)(liang)比(bi)(bi)下降的(de)(de)(de)原(yuan)因(yin)(yin).这(zhei)(zhei)(zhei)也(ye)进一(yi)步论证了(le)梯度(du)(du)(du)(du)结(jie)构(gou)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)钨(wu)(wu)基(ji)碳(tan)化物(wu)复合材料(liao)压(ya)缩(suo)(suo)断(duan)(duan)(duan)裂是(shi)(shi)由钨(wu)(wu)与(yu)铜(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)黏结(jie)相(xiang)界面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)分(fen)离造成(cheng)的(de)(de)(de).。

表3 梯度结构铜钨基碳化物复合材料在不同温度下


    3 结(jie) 论

    (1)梯度(du)(du)结构铜(tong)钨基碳(tan)化物复合材料的表面形成了(le)约70μm 厚度(du)(du)的渗碳(tan)层,表面硬度(du)(du)较 CuW80合金的提高(gao)了(le)约95.1%.

    (2)在不同压(ya)缩(suo)温度(du)(du)下(xia),梯度(du)(du)结(jie)构铜钨(wu)基(ji)碳化(hua)(hua)物复合(he)材料的压(ya)缩(suo)性能均(jun)优于 CuW80合(he)金的;在室温压(ya)缩(suo)过程中存在明显(xian)的加工硬化(hua)(hua)现象,随(sui)温度(du)(du)升高,加工硬化(hua)(hua)作用逐渐减弱;室温时的抗压(ya)强(qiang)度(du)(du)高达(da)1484.23MPa,压(ya)缩(suo)率(lv)为50.7%,随(sui)温度(du)(du)升高,抗压(ya)强(qiang)度(du)(du)和压(ya)缩(suo)率(lv)降低.

    (3)梯(ti)度(du)结构铜(tong)钨(wu)(wu)基碳化物复合(he)材料的(de)高温压缩断(duan)(duan)(duan)裂(lie)方式属于韧脆混合(he)断(duan)(duan)(duan)裂(lie);随温度(du)升高,断(duan)(duan)(duan)口形貌由以韧窝(wo)为(wei)主逐渐变成以塑孔为(wei)主;高温压缩断(duan)(duan)(duan)裂(lie)形态为(wei)铜(tong)颗(ke)粒(li)变形断(duan)(duan)(duan)裂(lie)发展到 WGW 颗(ke)粒(li)分离以及(ji)钨(wu)(wu)与(yu)铜(tong)黏结相界面的(de)分离.

     烯(xi)的(de)(de)(de)总含(han)量以及它们之间的(de)(de)(de)质量比对合成碳纳(na)米(mi)(mi)管/石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)G氧化(hua)铜复合粉(fen)体(ti)(ti)的(de)(de)(de)形貌及光催化(hua)性能均(jun)有明显(xian)的(de)(de)(de)影响(xiang).最佳的(de)(de)(de)制备工艺参(can)数为:分(fen)解温度210 ℃,碳纳(na)米(mi)(mi)管与氧化(hua)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)质量比1∶1,碳纳(na)米(mi)(mi)管和氧化(hua)石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)的(de)(de)(de)质量分(fen)数10%.在此工艺条件下(xia),纳(na)米(mi)(mi)氧化(hua)铜颗粒均(jun)匀地分(fen)布在碳纳(na)米(mi)(mi)管/石(shi)墨(mo)(mo)烯(xi)球(qiu)体(ti)(ti)表面.在可见光照射(she)20min后,该复合粉(fen)体(ti)(ti)对溶液中甲基橙(cheng)的(de)(de)(de)降解率可达到98.3%.

    3 结(jie) 论(lun)

    (1)使(shi)用喷(pen)雾干燥(zao)技术和煅烧工艺,制备了碳(tan)纳米(mi)管(guan)(guan)/石墨(mo)烯G氧(yang)(yang)化(hua)铜(tong)复(fu)合粉体(ti)(ti),在该粉体(ti)(ti)中,碳(tan)纳米(mi)管(guan)(guan)/石墨(mo)烯形成均(jun)匀(yun)分布的球体(ti)(ti),并且(qie)在球体(ti)(ti)表面(mian)均(jun)匀(yun)负载着大量的氧(yang)(yang)化(hua)铜(tong)颗(ke)粒.

    (2)分解温度、碳(tan)纳(na)米管(guan)与氧化(hua)石墨(mo)(mo)烯(xi)的总含量以及它们之(zhi)间的质量比(bi)对碳(tan)纳(na)米管(guan)/石墨(mo)(mo)烯(xi)G氧化(hua)铜(tong)复合(he)粉(fen)体(ti)的形貌及光催化(hua)性(xing)能有显(xian)著影响,最佳的制备(bei)工艺参(can)数为(wei)分解温度210 ℃,碳(tan)纳(na)米管(guan)与氧化(hua)石墨(mo)(mo)烯(xi)的质量比(bi)1∶1,碳(tan)纳(na)米管(guan)和氧化(hua)石墨(mo)(mo)烯(xi)的质量分数10%.

(文章来源: >  >  > pp.54

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