协调铜材料的强度、导电性和耐磨性是当前铜材料研究的重要内容之一,在电子电工、仪器仪表和轨道交通等领域都具有广泛的应用前景。本文基于Cu-Ni/SiC混合体系,以期在铜材料中原位生成强化相Ni-Si化合物和自润滑相C单质,制备兼具高强度、高导电性和良好耐磨性的(NixSi+C)/Cu复合材料。首先,通过等温水淬研究Cu-Ni/SiC体系的固态相变行为,为粉末冶金制备工艺提供理论基础;其次,采用正交实验考察混料方式、烧结温度、烧结时间三个工艺因素对(NixSi+C)/Cu复合材料组织与性能的影响,确定了基于Cu-Ni/SiC体系制备铜基复合材料的粉末冶金工艺;然后,通过对不同合金成分样品的显微组织、相组成、致密度、导电率和硬度等进行研究,确定不同Cu含量,导电率和强度组合最佳Ni/Si 比的(NixSi+C)/Cu复合材料;最后,对该(NixSi+C)/Cu复合材料进行固溶和时效处理,研究了复合材料热处理后对组织与性能的影响。本文的主要结论如下:1.Cu-Ni/SiC混合体系的固态反应过程如下:在600℃时,开始在α-Cu(Ni,Si)颗粒内部的晶界处析出δ-Ni2Si相;700℃时,开始在粉末边界形成Ni3Si相,同时,α-Cu(Ni,Si)颗粒内部析出δ-Ni2Si相的数量和尺寸明显增加;随着温度的进一步升高,α-Cu(Ni,Si)颗粒内部的δ-Ni2Si相开始分解,当温度增加到900℃时,完全分解;当温度进一步升高至950℃后,粉末边界上的Ni3Si吞并长大成致密块体,将反应产物C排挤到其边界。2.对Cu-Ni固溶体基体内部Ni-Si化合物的析出行为、粉末边界上Ni原子与SiC的反应行为进行了热-动力学计算。结果表明,尽管在这两处生成Ni3Si的化学反应吉布斯自由能变较生成Ni2Si的都更负,但由于固溶体基体内部Ni2Si形成对应的Ni原子动力学阈值活度小于Ni3Si,最终固溶体基体内部的析出相为Ni2Si,而粉末边界的反应产物为Ni3Si。3.基于Cu-Ni/SiC体系所制备的复合材料由α-Cu(Ni,Si)固溶体基体及其内部弥散分布的δ-Ni2Si析出相和粉末边界上的Ni3Si与C单质的混合物组成,其中Ni3Si为Ni与SiC原位反应的产物,而δ—Ni2Si为过饱和α-Cu(Ni,Si)固溶体在冷却过程中的析出相。4.Cu-Ni/SiC混合体系最佳粉末冶金工艺参数为振动混粉球料比1:5、烧结温度950℃、烧结时间2h。过低的混粉能量导致SiC不能均匀分散,反应后制备的复合材料中粉末边界处存在未反应完全的SiC颗粒;过高的混粉能量导致粉末发生严重变形,加大烧结过程中元素的扩散能力,反应后制备的复合材料中粉末边界处Ni3Si和C的混合物呈完整的网状结构;烧结温度提高和烧结时间的增长,均造成所制备的复合材料粉末边界处析出的Ni3Si数量和材料的致密度提高。除此之外,导电率和硬度均呈上升趋势。5.Cu含量与Ni/Si 比都能显著影响复合材料的强度和导电率。对于Cu含量不同的三种(NixSi+C)/Cu复合材料而言,导电率、硬度和综合性能整体上都随Ni/Si 比的提高先上升后下降。对于Cu含量为90wt%的(NixSi+C)/Cu复合材料而言,Ni/Si原子比为2.2:1时,综合性能达到最大值;当Cu含量为95%的复合材料,Ni/Si原子比为2.5:1时,综合性能达到最大值;当Cu含量为98%的复合材料,Ni/Si原子比为2.7:1时,综合性能达到最大值。6.(NixSi+C)/Cu复合材料经固溶和时效处理后,硬度、导电率和致密度均明显低于烧结态样品,且Cu含量越低,降低的程度越大。组织分析可以看到热处理后材料表面出现了大量的孔洞,可能是由于处理过程中C单质与氧气发生了气体的反应。因此,采用粉末冶金法制备的(NixSi+C)/Cu复合材料不宜进行热处理。