【摘 要】
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TiC/Cu复合材料目前被广泛研究应用于某些特定领域,诸如电磁炮导轨材料、电气化铁路架空导线以及汽车自动化焊接电极等,这些应用领域对其导电、导热、力学性能以及摩擦磨损性能等都提出了更为严峻的考验。然而,由于TiC与Cu之间润湿性差使得界面结合不牢固,力学性能不满足要求,同时TiC/Cu复合材料导电性也较低。为让TiC/Cu基复合材料更好适用于这些应用领域,有必要改善TiC与Cu基体之间的润湿性并提
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51804138和No.51871114）；
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TiC/Cu复合材料目前被广泛研究应用于某些特定领域,诸如电磁炮导轨材料、电气化铁路架空导线以及汽车自动化焊接电极等,这些应用领域对其导电、导热、力学性能以及摩擦磨损性能等都提出了更为严峻的考验。然而,由于TiC与Cu之间润湿性差使得界面结合不牢固,力学性能不满足要求,同时TiC/Cu复合材料导电性也较低。为让TiC/Cu基复合材料更好适用于这些应用领域,有必要改善TiC与Cu基体之间的润湿性并提高材料的导电性。本文以Ti2Al C和Cu2O/Cu作为起始材料,通过SPS烧结原位反应制备TiC0.5-Al2O3/Cu复合材料,并对其反应机理,制备工艺对材料性能的影响和材料冷变形行为及其摩擦磨损性能进行研究。结果如下:（1）Ti2AlC-Cu2O/Cu体系在900℃已经开始反应,980℃时体系反应完全。980℃时Ti2Al C颗粒分解成亚微米级的TiC0.5颗粒,Al原子从Ti2Al C中脱嵌出来进入Cu基体,随后与Cu2O反应形成Al2O3晶粒。（2）随着烧结温度的升高,材料的导电率先降低后升高,维氏硬度和压缩屈服强度先升高后降低在980℃时达到最大值,将不同烧结温度下所制备材料的性能进行比较,当烧结温度为980℃时,材料的综合性能最好;随着（Ti2Al C+Cu2O）添加量增加,材料的电导率逐渐降低,维氏硬度和压缩屈服强度增加。将不同Ti2Al C添加量所制备材料的性能进行比较,当Ti2Al C添加质量分数为3%时,材料的综合性能最好;将球磨后获得的不同粒径的原始Ti2Al C制备复合材料,随着球磨时间增加,材料的电导率先降低后提升,维氏硬度和压缩屈服强度先升后降。将添加不同原始粒度Ti2Al C所制备材料的性能进行比较,当原始Ti2Al C球磨时间为8 h时材料的综合性能最好。综上最佳制备工艺为Ti2Al C添加质量分数为3%,球磨时间为8 h,烧结温度为980℃。（3）随着冷轧变形量的增加,开始出现纤维状组织,基体中分布的TiC0.5颗粒破碎形成细小颗粒并呈流线型分布,当冷轧变形量为50%时,纤维组织分布已经很均匀,且长宽比大,TiC0.5颗粒破碎分离变成细小的颗粒均匀分布;材料的维氏硬度值随冷轧变形量增加而不断增大,而材料的导电率值变化幅度不大;材料的拉伸性能随冷轧变形量增加得到相应的提升,材料的延伸率则由12.5%降低至10.52%,延伸率仍然保持在10%以上,说明材料经冷轧变形后,材料也能保持较好的塑性;通过拉伸断口形貌分析,断口含有大量韧窝和剪切脊,表明在拉伸过程中进行了剧烈的塑性变形。另外随着冷变形量增加,轫窝变浅且变多;材料的磨损机制为粘着磨损和磨粒磨损。随着冷轧变形量增加,材料的摩擦系数降低,磨痕宽度也相应降低,这说明冷塑性变形能够一定改善材料的摩擦磨损性能,同时从磨痕形貌可以观察到摩损机理发生了变化,磨粒磨损机制起主要作用。
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