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随着机械、电子、航空航天等工业的快速发展以及电子封装化的不断推进,很多环境下要求相应的材料不仅具有良好导电率、导热性、弹性和韧性,而且应具备优良的机械性能和较好的耐磨性能。近年来在非连续增强铜基复合材料领域的开发研究日趋活跃,成为功能材料研究新的热点之一。颗粒增强铜基复合材料是将高强度、高硬度、高模量、高温稳定性好的SiC陶瓷颗粒和石墨颗粒添加到铜基体中,赋予了材料较好的力学性能和良好摩擦磨损性能,在电接触材料、电刷材料、耐磨片、以及喷嘴材料等方面具有广泛的应用前景。 本文以SiC和石墨为增强颗粒,以纯铜粉为原料,采用粉末冶金方法制备颗粒增强铜基复合材料,较为系统分析了制备过程中的颗粒级配、烧结工艺参数等因素对颗粒增强铜基复合材料组织和性能的影响;运用HT-1000型摩擦磨损试验机对铜基复合材料摩擦磨损性能进行了测试,研究了不同载荷对铜基复合材料摩擦系数和磨损率的影响,采NSEM和EDS对铜基复合材料的磨损形貌进行观察和分析,讨论不同颗粒级配条件下铜基复合材料的耐磨机制,研究其耐磨损机理。本文的主要研究结论如下: (1)采用粉末冶金方法制备铜基复合材料的最佳工艺为,机械式混粉12h,压制压力为400Mpa,保压时间为3min,采用阶梯式升温方式,在300℃和600℃下各保温30min,烧结温度为920℃,保温时间为1h,升温速率为lO℃/min。 (2)制备的SiC和石墨颗粒增强铜基复合材料宏观组织中,SiC和石墨颗粒较为均匀的分散于铜基体中,没有产生明显的颗粒团聚现象,复合层中的增强颗粒与基体界面结合良好。 (3)增强相SiC颗粒加入铜基体中明显提高了复合材料的硬度,并随着siC含量的增加铜基复合材料硬度逐渐增强;石墨颗粒的加入则降低了铜基复合材料的硬度;铜基复合材料的导电率随着SiC粒径的增大导电率逐渐增强,但随着SiC和石墨颗粒含量的增加,复合材料导电率逐渐降低。 (4)在不同载荷作用下,SiC和石墨混杂增强的复合材料明显具有比SiC单一增强复合材料低得多的摩擦系数和磨损率;且随着载荷的增加该复合材料的摩擦过程趋于平稳。混杂增强型(SiC+石墨)/Cu复合材料可以明显改善纯铜基体材料的耐磨性,最佳增强颗粒组配为:SiC颗粒平均粒径为10μm、添加量为10%和石墨颗粒平均粒径为33μm、添加量为6%时,铜基复合材料的耐磨性较好,磨损表面犁沟较浅且分布比较少,与10%SiC/Cu复合材料相比其耐磨性提高2.2倍,与纯铜基体材料相比其耐磨性可提高6.1倍左右。 (5)混杂增强型(SiC+石墨)/Cu复合材料的磨损机制主要以磨粒磨损为主,在摩擦过程中,SiC颗粒作为载荷的主要承载单元,起到了较好的硬质承载作用,石墨颗粒则发挥了较好的自润滑减摩效果,二者协同作用提高了铜基复合材料的耐磨性。