覆銅B4C顆粒SPS燒結(jié)鋁基復(fù)合材料的腐蝕及磨損性能研究.pdf

1、鋁基碳化硼復(fù)合材料有著優(yōu)良的功能性和結(jié)構(gòu)性，被廣泛應(yīng)用于航天航空、汽車以及核電等領(lǐng)域。但在使用傳統(tǒng)方法制備復(fù)合材料時，由于碳化硼作為增強相與鋁基體間的潤濕性差，無法形成有效結(jié)合，造成了材料性能的降低。本文采用化學(xué)鍍銅的方法在碳化硼顆粒表面鍍覆了一層沉積銅，利用鍍銅層作為過渡來實現(xiàn)增強體碳化硼顆粒與鋁合金基體間的結(jié)合；使用放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了不同覆銅碳化硼含量的復(fù)合材料。
　　碳化硼化學(xué)鍍銅主要分為鍍前預(yù)處理和鍍銅兩部分，通過分

2、析鍍前清洗、敏化處理、活化處理、鍍銅液成分、鍍液溫度、pH等對鍍銅效果的影響，對鍍銅工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，成功得在碳化硼表面實現(xiàn)了覆銅。試驗得到的最佳鍍銅液參數(shù)為：10g/L(CuSO4)，15ml/L(HCHO)，20g/L(C4O6H2KNa)和25g/L(EDTA)，15mg/L(K4[Fe(CN)6]·3H2O)，10g/L(Na2CO3)；化學(xué)鍍的最佳溫度為50℃，pH值為12-12.5。對化學(xué)鍍銅后的碳化硼顆粒進(jìn)行顯微形貌觀察(

3、SEM)以及X射線能譜分析(EDS)，可知經(jīng)過鍍銅后的碳化硼粉末中，鍍銅層在顆粒表面分布均勻且銅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在15％以上。
　　采用優(yōu)化工藝后的放電等離子燒結(jié)技術(shù)制備了質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10%、20%、30%、40%、50%的覆銅碳化硼鋁基復(fù)合材料。使用掃描電子顯微鏡觀察了復(fù)合材料的顯微形貌，并對不同含量復(fù)合材料的物相和成分進(jìn)行了分析出現(xiàn)了 Al2Cu相。對復(fù)合材料的抗彎強度進(jìn)行測試，與未鍍銅碳化硼顆粒制備的復(fù)合材料相比，鍍銅顆粒制備的

4、復(fù)合材料抗彎強度更高，升高程度在6%-20%；結(jié)合復(fù)合材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，認(rèn)為是由于鍍銅層與基體間發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生了結(jié)合，從而提高了復(fù)合材料的性能。
　　鋁基碳化硼復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于乏燃料儲存等方面，其工作環(huán)境為在硼酸水溶液中浸泡，并且要求工作壽命達(dá)8000h以上，因此使用電化學(xué)腐蝕試驗對復(fù)合材料的耐蝕性能進(jìn)行檢測。綜合分析下來可知覆銅碳化硼復(fù)合材料的耐蝕性比鋁基碳化硼更好。結(jié)合腐蝕后復(fù)合材料表面的微觀形貌以及模擬電路，得出加入鍍銅層提

5、升耐蝕性的可能原因：顆粒表面的鍍銅層在制備過程中與鋁基體反應(yīng)生成了第二相 Al2Cu，Al2Cu本身并不會減緩鋁基體的腐蝕，主要作用應(yīng)該是通過覆銅層的鋁基體的反應(yīng)結(jié)合填補了碳化硼顆粒與基體間的縫隙，并且覆銅層在燒結(jié)后會在碳化硼表面生成氧化膜，與鋁基體表面的氧化膜緊密結(jié)合，減少了復(fù)合材料表面氧化膜的縫隙，最終使得材料的耐蝕性得到了提升。
　　對覆銅碳化硼鋁基復(fù)合材料的耐磨損性能進(jìn)行了研究，使用高速往復(fù)摩擦磨損的方法對復(fù)合材料的磨損性