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铝白铜粉末合金及其烧结行为的研究

冯颖

  铜及铜合金具有良好的导电性和导热性,高的耐腐蚀性和延展性,是制备医疗、化工器械及各种精密仪器的重要材料,广泛应用于造船、石油、化工等领域。为满足铜合金材料更高性能和工艺拓展的要求,大力开发铜基合金的金属注射成形工艺成为新的发展热点,并为将来的市场化应用奠定了基础。 本论文分别利用模压成形(P/M)和注射成形(MIM)技术制备Cu-Ni和Cu-Ni-Al合金,针对MIM白铜合金的工艺探索、两种成形方式下合金烧结行为比较、以及铝白铜合金的烧结膨胀现象等方面进行深入研究,通过金相显微技术、扫描电镜分析、能谱分析、化学元素分析、热分析等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析。 P/M和MIM Cu-10Ni合金的烧结过程包括了合金化、均匀化和致密化几个阶段,并且其致密化过程和力学性能受温度影响显著。P/M合金在1000℃、MIM合金在1050℃烧结后,合金的致密化程度较高、显微组织较好、力学性能较佳。对比而言,MIM Cu-Ni合金,表现出致密化过程较长、滞后于P/M合金的烧结行为,充分烧结致密化所需的温度较高。 在Cu-Ni合金的基础上添加Al元素发现,合金强化作用使铜基合金的综合力学性能得到显著提高。H2气氛下、1120℃烧结2小时的MIM Cu-10Ni-1.25Al合金,致密度接近97.5%,硬度为HV 154、抗拉强度达到588MPa,伸长率为8.7%。这对于进一步研究利用注射成形工艺制备高性能铜基合金具有很强的开创意义。 研究Cu-Ni-Al合金烧结行为可以发现,铝白铜合金的烧结过程包括低温下的烧结膨胀阶段和高温下的烧结致密化阶段。分析机理认为,Al元素的加入是导致合金产生烧结膨胀的直接原因。Al在Cu、Ni中有较高的溶解度使富Al液相最终渗透进入Cu颗粒内部。元素间的溶解度不匹配引起元素原子间的不等量扩散,造成固-液界面间的物质迁移,是导致固相颗粒体积长大和烧结膨胀发生的根本原因。Cu-Ni-Al体系的烧结膨胀过程包括液相产生、扩散、渗透和消失几个阶段。利用相图分析对Cu-10Ni-1.25Al合金的膨胀量进行定量计算,结果符合实际的膨胀变化趋势且膨胀量与实验值相接近。最后,比较了P/M和MIM Cu-Ni-Al合金的烧结膨胀特点,并对成形工艺方式对反致密化行为造成的影响进行了分析和研究。……   
[关键词]:白铜合金;金属注射成形;烧结行为;烧结膨胀
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2009年