【摘 要】
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纯铜具有优良的导热、导电及耐腐蚀性能,而金刚石/铜复合材料由于其高热导率和低热膨胀系数在热沉材料领域已得到广泛应用。但纯铜存在诸多不足之处,如强度硬度低、耐磨性差、热膨胀系数高等,严重限制了其应用范围。在这种情况下,作为一种新型合金,高熵合金因其优异的性能和巨大的应用潜力为热沉材料的基体选择提供了机遇。本文采用机械合金化法在纯铜基体表面制备金刚石/铜-高熵合金复合涂层,涂层中的铜基高熵合金相比纯铜
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纯铜具有优良的导热、导电及耐腐蚀性能,而金刚石/铜复合材料由于其高热导率和低热膨胀系数在热沉材料领域已得到广泛应用。但纯铜存在诸多不足之处,如强度硬度低、耐磨性差、热膨胀系数高等,严重限制了其应用范围。在这种情况下,作为一种新型合金,高熵合金因其优异的性能和巨大的应用潜力为热沉材料的基体选择提供了机遇。本文采用机械合金化法在纯铜基体表面制备金刚石/铜-高熵合金复合涂层,涂层中的铜基高熵合金相比纯铜组分具有更优的力学性能和更低的热膨胀系数,旨在增强纯铜基体表面硬度、耐磨性的同时,降低表面热膨胀系数并保证其优异的热传导性能。本文研究内容主要分为三个部分。第一部分,采用机械合金化（MA）法制备Cu2AlNiZnAg系高熵合金粉末,并对其粉末微观形貌演变规律和相形成规律进行了探究。通过40h球磨后,制备出具有单一FCC简单固溶体结构的Cu2AlNiZnAg高熵合金粉末,其中FCC相为富Cu的FCC相,粉末颗粒的尺寸为10-12μm。第二部分,采用MA法在T2纯铜基体表面制备Diamond/Cu-Cu2AlNiZnAg涂层,对涂层的微观组织及相组成进行分析,得出最优粉末配比为60:10:30（wt.%）、最佳球磨时间为5h,并进一步探讨了涂层的沉积机理。随后对最优参数下的涂层试样进行500℃下保温90min的再结晶退火处理,分别测试了试样退火前后的显微硬度,摩擦磨损性能及热传导性能。结果表明,Diamond/Cu-Cu2AlNiZnAg涂层的显微硬度和摩擦磨损性能在退火后均略有下降,但仍远远优于T2纯铜基体。而试样的热传导性能在退火后明显提升,可达358.53W·m-1·K-1,优于经过同条件退火处理后的T2纯铜基体。第三部分,采用MA法在T2纯铜基体表面制备Diamond/Cu+Diamond/Cu-Cu2AlNiZnAg双层涂层。Diamond/Cu内层的粉末配比为70wt.%Cu:30wt.%diamond;Diamond/Cu-Cu2AlNiZnAg外层的粉末配比即为之前所确定优化参数。对双层涂层进行了相同条件的退火处理,研究了其退火前后的微观组织,并分别进行了显微硬度和热传导性能测试。结果表明,双层涂层的显微硬度远高于纯铜基体,而且Diamond/Cu-Cu2AlNiZnAg外层的显微硬度高于Diamond/Cu内层。双层涂层试样的热导率经退火后升高至322.08W·m-1·K-1,低于单层涂层试样,这是由于内外层界面处微观缺陷及界面热阻的存在限制了其热传导性能的提升,但形成的力学性能呈梯度分布,可在一定程度上缓解热应力。
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