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铜铁复合粉末及复合材料的制备与性能研究

铜铁复合粉末及复合材料的制备与性能研究

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作者：诸璠中南大学

学位级别：硕士

铜铁复合材料不仅具有铜的高导电、导热和抑菌抗菌等特点,还具有铁的高强度和软磁性等优点,因此铜铁复合材料常被用作磁性导电材料、电磁屏蔽材料、抑菌材料等,在通讯设备、散热设备、电磁屏蔽系统和医疗抗菌等领域具有广泛的应用前景... 详细信息

铜铁复合材料不仅具有铜的高导电、导热和抑菌抗菌等特点,还具有铁的高强度和软磁性等优点,因此铜铁复合材料常被用作磁性导电材料、电磁屏蔽材料、抑菌材料等,在通讯设备、散热设备、电磁屏蔽系统和医疗抗菌等领域具有广泛的应用前景。目前制备铜铁复合材料的传统方法为铸造法,但其存在低铁含量、低生产效率和成分偏析严重等问题。为了解决上述问题,本文采用化学共沉淀法结合粉末冶金法制备了铜铁复合材料,研究了共沉淀法制备复合粉末的物相组成和微观形貌,并探究了烧结工艺、冷变形及热处理工艺对复合材料微观结构和性能的影响。本论文的主要研究内容和结论如下:(1)通过化学共沉淀法制备3种成分铜铁复合粉末(成分分别为Cu-50Fe、Cu-30Fe和Cu-10Fe),研究还原温度和还原时间对不同成分复合粉末物相组成和微观形貌的影响。结果表明:当还原温度和还原时间是500°C和1 h时,3种粉末的XRD图谱中只存在Cu和Fe的衍射峰,并且Cu-50Fe复合粉末表面的平滑程度最好,颗粒之间轮廓清晰且有明显的烧结,一次颗粒呈现类球形且粒径没有明显增大,粉末的平均粒径为4.53μm。Cu-30Fe和Cu-10Fe复合粉末球状特征较Cu-50Fe粉末更为明显,其粒径大小分别为3.44μm和3.26μm。(2)探究烧结工艺对3种成分复合材料(成分分别为Cu-50Fe、Cu-30Fe和Cu-10Fe)微观组织结构与性能的影响。结果表明:当烧结温度为900°C、烧结时间为1 h时,Cu-50Fe复合材料相对密度最高,其相对密度为99.2%,复合材料的力学性能和导电性能达到最优,其抗拉强度和电导率分别为434 MPa和18.8%IACS。采用相同工艺制备Cu-30Fe和Cu-10Fe复合材料时,由于柯肯达尔效应对两组元质量分数相差较大的复合材料烧结影响较大,致使烧结后的相对密度较低,分别为95%(Cu-30Fe)和92%(Cu-10Fe),常压烧结后2种成分复合材料的抗拉强度和电导率分别为250 MPa和25.8%IACS(Cu-30Fe),184 MPa和31.6%IACS(Cu-10Fe)。实验采取热压烧结方式来消除柯肯达尔效应所带来的负面影响,从而提高复合材料的各项性能。热压烧结后,相对密度分别提升至99%(Cu-30Fe)和98.7%(Cu-10Fe),2种成分复合材料的抗拉强度和电导率分别为282 MPa和29.6%IACS(Cu-30Fe),249 MPa和35.9%IACS(Cu-10Fe)。(3)探究热处理工艺对铜铁复合材料微观组织结构和性能的影响。时效处理后Fe相的二维形貌分别为条带状(Cu-50Fe),棒状(Cu-30Fe)和类球状(Cu-10Fe),而Cu相都呈现连续网格状分布。根据3种成分复合材料在不同温度和不同时间下的时效硬度曲线,3种成分铜铁复合材料在450°C时效1 h后各项性能达到最佳,其抗拉强度和电导率分别为502 MPa和27.1%IACS(Cu-50Fe),348 MPa和37.3%IACS(Cu-30Fe),274 MPa和48.2%IACS(Cu-10Fe)。(4)探究变形及热处理工艺对铜铁复合材料微观组织结构和性能的影响。结果表明:经冷变形40%及450°C时效1 h后,Fe相呈现纤维状,材料内部析出了大量10～50 nm的弥散分布的Fe相颗粒,3种成分复合材料的抗拉强度和电导率分别为646 MPa和41.5%IACS(Cu-50Fe),474 MPa和48.2%IACS(Cu-30Fe),423 MPa和61.5%IACS(Cu-10Fe)。论文包括图55幅,表9个,参考文献111篇。

关键词：铜铁复合粉末铜铁复合材料化学共沉淀粉末冶金力学性能导电性能

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机械化学法制备铜铁复合粉末性能研究

机械化学法制备铜铁复合粉末性能研究

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作者：张将北京有色金属研究总院

学位级别：硕士

早期含油轴承在制备过程中常将铁粉、铜粉机械混合使用,由于铁、铜混合粉末有偏聚倾向,导致粉末成分分布不均匀,影响零件的质量。因此,开发高性能铁铜基含油轴承原料具有重要的现实意义及工业应用价值。铜铁包覆型复合粉末可有效解决铜... 详细信息

早期含油轴承在制备过程中常将铁粉、铜粉机械混合使用,由于铁、铜混合粉末有偏聚倾向,导致粉末成分分布不均匀,影响零件的质量。因此,开发高性能铁铜基含油轴承原料具有重要的现实意义及工业应用价值。铜铁包覆型复合粉末可有效解决铜铁混合粉末成分分布不均的问题。但现有的铜铁复合粉末制备方法存在一些问题,如混合扩散法包覆不均、化学置换法环境不友好等,限制了其进一步的发展。本文开发一种简单、环保的含油轴承用铜铁复合粉末机械化学法制备技术,研究了原料性能、混料工艺、还原工艺对复合粉末性能的影响,并与化学置换法、球磨法制备的复合粉末进行了性能对比,同时研究了在粉末界面处引入不同金属元素对粉末性能的影响规律,研究结果表明:采用机械化学法,以还原铁粉、氧化亚铜粉为原料,成功制备了铜铁复合粉末,其保持了原料铁粉不规则海绵状的形态,细小Cu颗粒密集分布在Fe颗粒表面,微观结构为核壳结构。随着混料转速的提高、混料时间的增加,复合粉末的松装密度升高,流动性改善,当混料转速为1200 r/min、混料时间为4 min时,铜铁复合粉末性能最优。随着还原温度的升高,复合粉末的松装密度提高,流动性改善,当还原温度为700℃时,复合粉末烧结体的径向压溃强度最大;当还原时间超过2h后,复合粉末烧结体的径向压溃强度变化不明显。采用机械化学法制备的铜铁复合粉末具有较优的压制性。与化学置换法制备的复合粉末相比,在相同的压制力(200～400MPa)下,压坯密度高0.14～0.22 g/cm3;在相同的压坯密度(5.40～6.20g/cm3)下,压坯强度高近50%。与球磨法制备的复合粉末相比,在相同的压制力(200～400 MPa)下,压坯密度低0.24～0.36 g/cm3;在相同的压坯密度(5.80～6.20 g/cm3)下,压坯强度略高。在烧结密度相近的情况下,与球磨法制备的粉末相比,机械化学法制备的复合粉末烧结性能好,粉末烧结体的开孔率远大于球磨法制备的粉末;与化学置换法制备的复合粉末相比,两者的烧结性能接近,烧结体的径向压溃强度分别为308 MPa、306 MPa,开孔率分别为19.8%、19.6%。在铜铁复合粉末界面处引入微量金属元素,发现Ni、Cr、Ti元素对复合粉末性能影响较小,而随着Sn元素含量的增加,复合粉末的包覆效果得到改善,复合粉末烧结体的径向压溃强度明显增加,当Sn元素含量为2.0%时,烧结体的径向压溃强度为402 MPa,与未引入金属元素的烧结体的径向压溃强度(308 MPa)相比提高了30.52%。

关键词：铜铁复合粉末机械化学法压制性烧结性能界面改性

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铜铁复合粉末绿色制备技术工艺研究

铜铁复合粉末绿色制备技术工艺研究

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第十三届中国钢铁年会

作者：班丽卿张将汪礼敏李楠楠王蕊王林山贺会军北京有研粉末新材料研究院有限公司有研粉末新材料股份有限公司

铜包铁作为一种Fe/Cu核壳型复合粉末,兼具Fe的高强度与Cu的耐蚀性等优点,同时与青铜相较有较高的强度和明显的成本优势,故在含油轴承、金刚石工具领域应用广泛。目前市场主要采用化学置换方法制备,存在环保、资源浪费等问题,而物理混合... 详细信息

铜包铁作为一种Fe/Cu核壳型复合粉末,兼具Fe的高强度与Cu的耐蚀性等优点,同时与青铜相较有较高的强度和明显的成本优势,故在含油轴承、金刚石工具领域应用广泛。目前市场主要采用化学置换方法制备,存在环保、资源浪费等问题,而物理混合方法又存在成分偏析、力学性能不稳定等缺点。通过本技术可制备出包覆层均匀完整、成分含量易控、成形性强度好(生坯密度5.85g/cm3,强度40～45MPa)、烧结尺寸稳定(收缩率≤0.2%),含油率高(18.7%)的高性能产品。

关键词：机械化学法铜铁复合粉末压溃强度成形性含油率

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