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银及银合金具有良好的导电导热性、低而稳定的接触电阻,在航空航天信号监控检测领域得到广泛应用。但其强度、硬度以及耐磨性不够,如何在不过多降低合金导电性的前提下,提高其强度及耐磨性,从而提高其用于电接触摩擦副材料的使用寿命,为进一步研究开发高性能电接触摩擦副材料提供一定的实验基础和理论。
本研究以制备高导电性的耐磨Ag基电接触材料为目标,采用机械合金化、压制烧结、复压复烧的工艺制备满足性能要求的Ag基多元合金,优化成分配比,寻求最佳的制备工艺。通过XRD、SEM、TEM和其它表征手段对机械合金化制备合金粉末的过程,对合金的显微组织、物理力学以及摩擦磨损性能进行研究,为进一步提高Ag基电接触材料的性能、扩大Ag基粉末冶金材料其应用领域做出新的探索。本文的研究内容如下:
1.通过控制机械合金化工艺,获得了过饱和的纳米晶Ag-Ni、Ag-Cu、Ag-Cu-Ni、Ag-Cu-Ni-Sm合金粉末。研究表明:稀土Sm能加快机械合金化过程,细化合金粉末的最终晶粒尺寸,球磨后的过饱和合金粉末存在严重晶格畸变,处于热力学不平衡状态,退火后晶格常数及晶粒尺寸都发生改变。
2.利用粉末冶金的方法制备了Ag基多元合金,探讨了合金成分配比、压制烧结及复压复烧等工艺参数对粉末致密化的影响。研究表明:复压复烧能一定程度提高合金的相对密度,提高合金的综合性能;Ag-Ni合金微量添加稀土Sm会降低烧结后的合金密度,而Cu能提高烧结后合金的密度;Ag-Cu合金的相对密度随着添加的AgCu28合金粉末含量增多而降低;Ag-Cu-Ni中Ni含量的增加以及Ag-Cu-Ni-Sm中稀土含量的增加也会降低合金的相对密度。
3.对制备的Ag-Ni、Ag-Cu、Ag-Cu-Ni、Ag-Cu-Ni-Sm合金的显微组织与物理力学性能进行分析表明:Ag-Ni合金由连续网状富Ag相和(α-Ag+β-Ni)双相混合物构成,微量Cu的添加能填补颗粒间的空隙,改善Ag-Ni的界面润湿性,提高合金的综合性能;Ag-Cu合金由富Ag的基体相及Ag-Cu合金相构成,且随着合金粉末的添加量增多,合金硬度和电阻率升高;Ag-Cu-Ni合金有富Ag的基体α相和均匀分布析出的富Cu、Ni的β相构成,微量添加稀土Sm能提高合金的导电性,添加含量超过0.1%,合金的导电性恶化,Ni以及稀土Sm的增加能提高合金的硬度;SEM,EDS对Ag-Cu-Ni断口形貌分析显示:Ag-Cu-Ni合金的断裂类型为韧性断裂,基体相与增强相界面结合紧密,断裂沿塑性较好的富Ag的α基体相中进行:300℃以下低温回火能提高合金的导电性且对硬度的影响较小,微量添加稀土的合金抗软化能力较好。
4.对Ag—Cu-Ni合金在低载荷下的摩擦磨损行为进行研究,结果表明:其磨损机制主要为塑性微切削和粘着磨损机制,微量添加稀土元素Sm能提高合金硬度,明显降低合金的摩擦系数以及磨损量,提高材料的耐磨性。