【摘 要】
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铜基复合材料兼具基体的优良导电导热性和增强体的高耐磨性,尤其是当微/纳米尺度的颗粒状增强相在铜基体中均匀分布时,材料将具有更高的硬度和耐磨性。基于此,考虑到NbC、WC和Mo2C高硬高耐磨特性,结合原位生成强化相与基体良好结合且分布均匀、尺寸可控的优点,本文综合采用长时间（60h,84h,96h,120h）球磨和热压烧结技术,制备了原位合成微/纳米尺度Me-C（Me=Nb,W,Mo）碳化物增强铜基
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目（52174346）； 山东省自然科学基金面上项目（ZR2017MEM001、ZR2021ME031）；
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铜基复合材料兼具基体的优良导电导热性和增强体的高耐磨性,尤其是当微/纳米尺度的颗粒状增强相在铜基体中均匀分布时,材料将具有更高的硬度和耐磨性。基于此,考虑到NbC、WC和Mo2C高硬高耐磨特性,结合原位生成强化相与基体良好结合且分布均匀、尺寸可控的优点,本文综合采用长时间（60h,84h,96h,120h）球磨和热压烧结技术,制备了原位合成微/纳米尺度Me-C（Me=Nb,W,Mo）碳化物增强铜基复合材料,并利用XRD、SEM、TEM、硬度测试、电导率测试和摩擦磨损测试等手段,表征和分析样品的微观组织结构和性能,重点探讨了球磨时间对材料构效关系的影响。主要研究及发现如下:1.Cu-Nb-C微米粉通过长时间球磨和热压烧结,可以制备原位生成微/纳米尺度NbC增强铜基复合材料。研究表明:球磨时间为120h时复合材料表现出优异的力学性能,硬度达180Hv,具有较小的摩擦系数,磨损率(2.6×10-5mm~3N-1m-1)比球磨60h粉体的烧结样品的相应值(123.5×10-5mm~3N-1m-1)小两个数量级。这主要归因于硬度的提高和纳米级NbC/铌氧化物以及铁氧化物引起的固体润滑作用。2.Cu-W-C微米粉通过长时间球磨和热压烧结,可以制备原位生成微/纳米尺度WC增强铜基复合材料。研究表明:长时间球磨使Cu-W-C中纳米铜和钨细化均匀化,增加钨和碳的接触,促进了纳米WC的形成;球磨120h时,烧结材料由WC微区和富铜复合区组成,后者中纳米WC和超细WC共存,这种微结构使其较60h球磨粉烧结体的导电性略有下降,但硬度却增加了42%。96h球磨粉的烧结样中碳化钨呈网状,磨损率最小。60h球磨粉的烧结样中碳化钨呈现棒状,腐蚀电流密度最小。3.Cu-Mo-C微米粉通过长时间球磨和热压烧结,可以制备原位合成微/纳米尺度Mo2C增强铜基复合材料。研究表明:球磨中Mo与C反应形成少量的MoC,球磨时间从60h增加到120h,粉末形态由片状变为球状,球状粉体由Cu和Mo纳米晶体组成。烧结84h和120h球磨粉时,Mo与MoC反应形成P63/mmc六方结构Mo2C,无残留Mo。120h球磨粉烧结时,纳米级Mo2C原位形成,使材料具有良好电性能和硬度,其硬度与未球磨粉体烧结样相比提高幅度达63.6%。
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