低W-W连接度W-Cu-Zn新型合金的制备与组织调控研究

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本文采用钨粉表面化学镀铜与SPS固相烧结相结合的方法成功制备出具有低W-W连接度特征及以黄铜作为粘结相的W-Cu-Zn合金,钨颗粒均匀分布在黄铜粘结相中,粘结相为α相Cu-Zn固溶体,重点研究了制备工艺和热处理工艺对W-Cu-Zn合金微观组织和力学性能的影响,及热处理对破坏机制的影响。制备工艺研究表明,在混粉工艺中,与干混相比,湿混制备出的合金致密度,硬度和静、动态压缩加载时的强度及塑性更高,这是由于干混时粉体长时间相互冲击碰撞,导致包覆粉体的铜镀层产生裂纹及剥离,而湿混后包覆粉体的铜镀层没有产生裂纹及剥离。在SPS烧结工艺中,烧结温度由750℃提高到800℃时,合金的致密度和硬度显著提高,静、动态压缩加载时的强度及塑性没有变化,这是由于提高温度,有利于颗粒的均匀分布,提高合金的致密度;保温时间由10min延长到20min时,合金的致密度,硬度和静、动态压缩加载时的强度及塑性显著提高,这是由于延长保温时间,合金粘结相中Zn元素分布的均匀性大幅度提高;但由20min延长至30min时,合金的致密度,硬度和动态压缩加载时的强度及塑性均下降,这是由于保温时间过长,部分包覆粉体的铜镀层在长时间的压力作用下流动,导致W颗粒直接接触,引起了W-W连接度提高。热处理工艺研究表明,经两种工艺热处理后W-Cu-Zn合金中钨与黄铜粘结相的两相分布没有发生变化,但经870℃随炉冷却热处理后,合金的硬度和静、动态压缩加载时的强度及塑性显著提高。机理研究表明,经870℃随炉冷却热处理后粘结相中Zn元素分布的均匀性大幅度提高,这是合金力学性能提高的原因之一;此外,870℃随炉冷却热处理后粘结相中形成了大量弥散细小的Cu3Zn析出相,起到弥散强化作用,这是合金的强度显著提高的另一个原因。破坏机制研究表明,烧结态的W-Cu-Zn合金在静、动态压缩加载时,由于合金粘结相中Zn元素分布不均,聚集Zn的区域塑性差,导致裂纹在Zn的聚集区形成并在粘结相中扩展,最终导致试样失稳破坏。870℃随炉冷却热处理后的合金在静、动态压缩加载时,裂纹在W颗粒与粘结相的结合界面形成并延结合界面扩展,最终导致试样失稳破坏。这说明热处理后W-Cu-Zn合金粘结相的塑性及强度显著提高,合金的整体强度及塑性均有所提高。
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