純銅表面機(jī)械研磨輔助合金化的研究.pdf

1、銅是最常見的工程材料之一，因其具有良好的力學(xué)、電學(xué)等性能，被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。但是，純銅材料本身的硬度強(qiáng)度較差，在一些特殊領(lǐng)域很難被進(jìn)一步利用。銅鎳合金、銅鋁合金具有很多優(yōu)異的性質(zhì)，但是由于其低溫延展性、韌性較差，同時(shí)制備設(shè)備要求比較嚴(yán)格，也未能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。金屬表面納米化可以使金屬的硬度強(qiáng)度大幅提升，因此最近幾年在純銅表面進(jìn)行納米化處理得到了廣泛的關(guān)注。如果能在純銅表面既得到合金層又得到納米晶層，那么將大幅改善純銅材料的性能，使

2、其得到更加廣泛的應(yīng)用。表面機(jī)械研磨(SMAT)處理是利用彈丸撞擊材料表面，使材料表面產(chǎn)生強(qiáng)烈塑性變形，使表層晶粒尺寸細(xì)化到納米級(jí)。本文就利用這一原理對(duì)純銅材料進(jìn)行SMAT處理過程中添加不同粉體，利用彈丸將其帶至材料表面。以期獲得表面具有合金層的純銅材料，找到一種新的金屬表面改性的方法。
　　 本文對(duì)軋制純銅板（＞99.8wt％）進(jìn)行了去應(yīng)力退火處理后，打磨處理后，分別進(jìn)行加鎳粉、鋁粉的SMAT處理120min和240min。將得

3、到的試樣用金相顯微鏡(OM)、X射線衍射分析儀(XRD)和掃描電鏡(SEM)對(duì)處理后樣品的組織結(jié)構(gòu)及物相組成進(jìn)行分析。采用X射線能量色散譜分析方法(EDS)分析Ni、Al元素在不同層的分布與含量。利用維氏硬度測(cè)量?jī)x對(duì)試樣進(jìn)行硬度測(cè)試;同時(shí)還對(duì)其進(jìn)行了腐蝕性能的測(cè)試;最后利用摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)試樣進(jìn)行了摩擦磨損性能的測(cè)試，找出經(jīng)過加鎳粉、鋁粉SMAT實(shí)驗(yàn)后材料的性能變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:
　　 (1)純銅在進(jìn)行加入鎳粉的SMAT處理后

4、在表面會(huì)形成銅鎳合金層，經(jīng)過120 min處理后厚度可以達(dá)到35μm左右，而240 min處理后厚度可以達(dá)到55μm左右。銅鎳合金層與基體之間的結(jié)合較好，EDS分析結(jié)果表明經(jīng)過處理后的樣品在合金層和銅變形層都出現(xiàn)了銅鎳的互擴(kuò)散。
　　 (2)純銅在進(jìn)行加入鋁粉的SMAT處理后在表面會(huì)形成銅鋁合金層，經(jīng)過120 min處理后厚度可以達(dá)到37μm左右，而240 min處理后厚度同樣為37μm左右。銅鋁合金層與基體之間的結(jié)合較好，ED

5、S分析結(jié)果同時(shí)表明了經(jīng)過處理后的樣品在合金層和銅變形層都出現(xiàn)了銅鋁的反應(yīng)擴(kuò)散。
　　 (3)純銅經(jīng)過加鎳粉SMAT處理240min和120min后，表面硬度分別為302HV和274HV，與基體相比提高了3倍和2.7倍。純銅經(jīng)過加鋁粉SMAT處理240min和120min后，表面硬度分別為324HV和320HV，其與基體相比，大約都提高了3.3倍。因此，在純銅表面納米化同步形成合金層后，材料的硬度有了很大的提升。
　　 (

6、4)純銅經(jīng)過加鎳粉SMAT處理240min后，其試樣在進(jìn)行電化學(xué)極化測(cè)試時(shí)，腐蝕電位增大，腐蝕電流下降，大大提高了材料的抗腐蝕性能。而經(jīng)過加鎳粉SMAT處理120min后的試樣，其試樣在進(jìn)行電化學(xué)極化測(cè)試時(shí)，腐蝕電位減小，腐蝕電流有微弱增大，其腐蝕性能稍有下降。而純銅經(jīng)過加鋁粉SMAT處理120min和240min后，兩種試樣在進(jìn)行電化學(xué)極化測(cè)試時(shí)，腐蝕電流增大了很多，材料的抗腐蝕性能下降的很明顯。
　　 (5)純銅在經(jīng)過加鎳粉