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(Cu,Ni)-La2O3/Gd2O3梯度功能复合材料研究

(Cu,Ni)-La2O3/Gd2O3梯度功能复合材料研究

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作者：彭宇相燕山大学

学位级别：硕士

采用激光增材制造技术在纯Cu基体上制备了(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度功能复合材料,并研究了不同成分配比的粉末原料的微观组织,并对微观组织良好的成分配比进行激光功率对变形量的影响研究,并对变形量合理的梯度材料进行了摩擦磨损及电烧蚀性... 详细信息

采用激光增材制造技术在纯Cu基体上制备了(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度功能复合材料,并研究了不同成分配比的粉末原料的微观组织,并对微观组织良好的成分配比进行激光功率对变形量的影响研究,并对变形量合理的梯度材料进行了摩擦磨损及电烧蚀性能的测试。组织分析表明:(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度功能复合材料的元素分布呈现梯度变化,力学性能呈现梯度变化。(Cu,Ni)-LaO梯度功能复合材料的组织:底部组织为长条形的树枝晶组织,中的组织为粗大树枝晶,顶部为十字状枝晶,支晶为(Cu,Ni)相,晶间为CrFeNi和FeNi;(Cu,Ni)-GdO梯度功能复合材料的组织:底部组织为长条形的树枝晶组织,中部分散的小的针状相;顶部的组织短针状的组织针状Cr相的长度约20-100?m;TEM分析表明:LaO/GdO与Cu基体的界面结合良好,为Cu基体提供了良好的强化作用。变形应力分析表明:(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度材料底层的变形量随着激光功率的增加逐渐减小,而中层和顶层,变形量随着激光功率的增加逐渐减小;残余应力分布呈现中间受压两边受拉的形态,从底层到顶层,微观应变呈现逐渐减小的变化。性能研究表明:(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度材料的磨损率随着摩擦速度和摩擦载荷的增大先缓慢增加,到80m/s或50N增加速度变大,然后又变得缓慢,摩擦系数的变化趋势也一致;梯度材料的磨损率随着摩擦电流的增大增加,摩擦系数的变化与其一致;小电流下的磨损形貌颗粒状的烧蚀斑点,大电流下的磨损形貌许多球状的小液滴飞溅,以及大量的气孔;.由于LaO梯度材料的组织晶间结合不如GdO梯度材料,其摩擦性能在同等条件下比GdO梯度材料弱。(Cu,Ni)-LaO/GdO梯度样品的电烧蚀的质量损失随着电流增加而增加;电烧蚀样品在不同电流下的烧蚀轮廓呈现一个类U字形的特征,烧蚀截面积随着电流的增大而变大;电烧蚀的微观形貌特主要是微裂纹,球形颗粒,孔洞等。

关键词：铜基梯度材料 La2O3 Gd2O3 应力变形摩擦磨损电烧蚀

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Cu-Gd2O3梯度复合材料的制备与性能研究

Cu-Gd2O3梯度复合材料的制备与性能研究

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作者：潘志浩燕山大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：铜基梯度材料 Gd2O3 显微结构力学性能强化及变形机制

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