TiC含量对SPS制备TiC/Cu复合材料力学与摩擦学性能的影响

作     者：李雪伍 陈朝鹏 尹艳丽 邢志国 于鹤龙 LI Xuewu;CHEN Zhaopeng;YIN Yanli;XING Zhiguo;YU Helong

作者机构：西安科技大学机械工程学院西安710054 陆军装甲兵学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京100072 

出 版 物：《材料工程》 (Journal of Materials Engineering)

年 卷 期：2024年第52卷第8期

页      面：178-188页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(52075544,52275211) 陕西省创新能力支撑计划科技新星项目(2021KJXX-38) 

主　　题：铜基复合材料 放电等离子烧结 微观结构 力学性能 摩擦学行为 

摘      要：采用等离子烧结技术(spark plasma sintering,SPS)制备了不同质量分数TiC颗粒增强的铜基复合材料,研究了不同烧结温度和TiC含量的铜基复合材料的微观结构,考察了TiC含量对铜基复合材料电导率、纳米力学性能、显微硬度、拉伸性能和摩擦学行为的影响。结果表明:850℃烧结得到的TiC/Cu复合材料组织致密,增强体和基质相结合良好。一方面,随着TiC含量的升高,TiC/Cu复合材料中的铜基质相的晶粒不断得到细化,晶界密度升高,导致复合材料的硬度和屈服强度升高。另一方面,TiC含量的增加逐渐导致增强体和基质相的结合界面出现孔隙和裂纹,并成为应力集中和裂纹形成的首选位置,造成复合材料电导率、抗拉强度和伸长率的下降。TiC质量分数为5%~15%时,复合材料的抗拉强度、弹性模量和屈服强度较高,硬度适当,综合力学性能较好。当TiC质量分数超过20%时,TiC/Cu复合材料的屈服强度大幅降低,复合材料断裂机制由韧性断裂转为脆性断裂。TiC增强体显著改善了铜基复合材料的摩擦学性能,摩擦过程中复合材料摩擦因数和磨损量随载荷增大呈线性增加,并随TiC含量的升高呈下降趋势。在TiC质量分数为20%时,复合材料具有最高的耐磨性和最低的摩擦因数,其磨损机制以磨粒磨损为主,且伴随轻微黏着磨损和氧化磨损。