Cu-Gd2O3梯度复合材料的制备与性能研究

作     者：潘志浩 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：战再吉

授予年度：2018年

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）] 

主      题：铜基梯度材料 Gd2O3 显微结构 力学性能 强化及变形机制 

摘      要：利用稀土氧化物具有的高熔点和性质稳定的特点,设计并制备了一种新型铜基梯度材料。GdO能够细化晶粒,提高材料力学性能,并具有电子导电及抗电烧蚀等特性,可作为铜基梯度材料优异的弥散强化相。本文采用粉末冶金原理,结合冷等静压、无压烧结、热轧等制备工艺,制备GdO增强铜基梯度材料。以同轴多层填粉方式实现空间上的梯度结构,其中纯Cu功能层位于最外层,GdO含量最高的功能层位于最内层,过渡层位于两功能层之间,构成三层梯度。研究冷等静压压力、轧制温度等工艺参数对梯度材料各性能影响,并优选材料的成分梯度。此外结合多种分析测试方法对材料组织结构及梯度层界面进行分析,并讨论了材料的强化及变形机制。研究表明,Cu-GdO梯度材料优选的制备工艺为:冷等静压压力为200MPa,轧制温度为800C,每道轧制后保温至800C进行下一道轧制,此时优选的成分梯度为0-3-6。三点弯曲强度为509MPa,弯曲应变为59%。导电率纯Cu层为93%IACS,6wt.%GdO/Cu层为76%IACS。材料各梯度层间为良好的冶金结合,纯Cu层为随机取向的孪晶组织,GdO/Cu梯度层为晶粒细小的等轴晶,外加GdO为网状分布。GdO与Cu界面结合良好,为半共格/非共格关系。退火能释放加工硬化应力,降低位错密度,导致材料强度下降,塑性上升。轧制变形开始于颗粒重排,出现一定的塑性变形,逐渐消除不连贯空隙,最后趋近于完全塑性变形。随着轧制压下量增加,空隙及微裂纹缩小并消除,颗粒界面结合不断改善,材料更加致密,断裂由烧结颈断裂逐渐转变为穿晶断裂。Cu-GdO梯度材料强度提高是由热错配强化、Orowan强化、细晶强化及载荷传递强化共同作用。其中热错配强化对材料强度作用显著。计算结果与试验数据存在偏差可能是存在原位自生GdO尺寸偏大,外加GdO团聚、空隙等缺陷及晶粒统计误差。