原位反应制备TiBx(x=1,2)/Cu复合材料的组织及性能研究

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硼化钛(TiBx(x=1,2))具备良好的力学性能和导电性能,所以TiBx(x=1,2)/Cu复合材料成为了工程领域的候选材料。因此,本文采用真空感应熔炼原位反应法,分别选用随炉冷、石墨模、铜模三种不同冷却法制备TiBx(x=1,2)/Cu复合材料。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及透射电镜(TEM)对复合材料的物相组成和显微组织演变规律进行了分析,并对不同成分复合材料硬度和导电率进行测试。通过后续的处理,进一步提高复合材料的综合性能。得到以下结论:(1)通过随炉冷成功制备出TiBx(x=1,2)/Cu复合材料。在复合材料中,TiB呈晶须状(长径比(>10)),分布比较均匀;TiB2呈六边形颗粒,容易团簇在一起。且试样整体分布不均匀,第二相发生了上浮,试样下部有少量的Cu4Ti相。(2)从热力学和动力学两方面分析了硼化钛从Cu-Ti-B液相中析出的情况。对于不同成分中,形成TiB和TiB2的热力学条件都满足。由于形核和生长动力学条件不同,使不同成分复合材料的最终凝固组织中增强相会呈现不同的情况,如:在某些成分下,由于在析出期间硼化钛的生长速率不同,复合材料中有TiB和TiB2;在某些成分下,由于TiB的形核受到限制,复合材料中仅有TiB2。(3)采用石墨模成功制备出TiBx(x=1,2)/Cu复合材料。在复合材料中,TiB2增强相极易团聚,TiB晶须沿着团聚的TiB2颗粒的边缘生长。与随炉冷对比,石墨模制备的复合材料比重偏析明显减少,其基体中有Ti原子的固溶。(4)采用铜模成功制备出TiBx(x=1,2)/Cu复合材料,其基体中有Ti原子的固溶。Ti原子的固溶和第二相协同增强复合材料的硬度,同时降低导电率,但第二相对硬度的贡献明显大于固溶的Ti原子,固溶的Ti原子对复合材料导电率的影响是第二相对其影响的2倍多。与随炉冷和石墨模对比,铜模制备的复合材料的第二相颗粒尺寸更小,同时试样整体分布更均匀。(5)铜模制备的TiBx(x=1,2)/Cu复合材料经冷变形处理后,Cu基体中的位错密度大幅增加。其硬度均大幅度的提升,导电率均有所下降。热处理后,复合材料中的位错密度明显降低,基体中产生孪晶,生成Cu4Ti析出相。经450℃保温2h热处理后获得较好的综合性能。
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