反应合成AgCuOSnO2复合材料累积挤压变形的有限元模拟

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综合AgCuO和AgSnO2的高度互补特性,开发新型AgCuOSnO2接触材料是替代有毒“万能触点材料”Ag Cd O的前景途径之一。材料生产包括坯料的制备及加工成型两个阶段,关于复相氧化物增强Ag基复合材料的制备研究者们已进行了相当深入的研究,但对于AgCuOSnO2接触材料的加工过程尤其是热挤压工艺却未见报道,而加工工艺对型材的性能却有着实质性影响。为此,本文基于反应合成法制备的AgCuOSnO2坯料,通过MSC Marc有限元分析探究了第二相颗粒尺寸、挤压工艺(预热温度、锥形模角度、挤压速度)对材料挤压过程中应力、应变和组织等影响,并与实际挤压实验相互验证,得出下列结论:物相、能谱及显微组织分析表明,复压复烧态坯料中仅含有Ag、Cu O、SnO2三种物相;Cu O和SnO2颗粒主要以环状团簇形式存在并分布成网,其中Cu O颗粒为深灰色而SnO2则是浅灰色,且皆存在大、中、小三种尺寸类型。在探究颗粒尺寸的影响时发现,随颗粒尺寸的减小第二相颗粒分散性逐渐增加,而坯料发生“缩尾”的可能性则不断下降;立方Cu O将向纤维化演变,其纤维化程度是随颗粒及其环状团簇尺寸的减小而增加、坯料中段>前端>后端及表层强于芯部;部分Cu O纤维将发生弯曲,屈曲度则与颗粒及其环状团簇尺寸呈正相关。此外,坯料前端和后端存在与挤压方向不一致的纤维Cu O,差异程度与颗粒大小呈负相关。在探究预热温度的影响时发现,提高预热温度将引起应力降低、颗粒弥散及金属流动性变好,这有利于减小模具磨损深度但会减弱Cu O纤维化程度;在轴向和径向上都出现了温度梯度,且两者温度随挤压的进行表现出相反规律,存在径向温差基本为零的挤压时刻,而提高预热温度将加快这一时刻的到来。在探究模具角度的影响时发现,挤压角度的增大将导致坯料应力及“缩尾”程度均表现先降后增的趋势,45°挤压时坯料的应力、“缩尾”最小且颗粒分散性最好;挤压前期(坯料未进入定径带),随着挤压角度的增大第二相颗粒的形变程度及趋势越小,而在挤压后期至结束,其却与挤压角度呈正相关。在探究挤压速度的影响时发现,挤压速度从1.8 mm/s增至5.8 mm/s,材料的应力一直保持降低,这表明坯料已经进入应力、应变下降阶段;增大挤压速度将造成增强相颗粒自身的强应力覆盖范围扩大,且环状氧化物颗粒团簇的轴向拉伸率先增后减,而径向压缩却一直降低,3.8 mm/s下颗粒弥散效果最佳。材料挤压态显微组织及力学性能测试表明:有限元模拟结果中的组织形态在实际挤压态型材中都存在,如倒“S”、“C”形的Cu O纤维,但还存在模拟结果中未发现的情况,一是SnO2颗粒将沿着Cu O纤维聚集而在单斜Cu O颗粒周围基本不存在;二是在Cu O纤维即将断裂或断裂处同样存在大量的SnO2,这说明SnO2的存在可能促进了Cu O纤维的断裂;挤压态电阻率较复压复烧态的降低了68.1%,而硬度只增大了8.9%,意味着挤压工艺有助于大幅度提高材料的导电性而维持材料的加工性能。
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