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SiC_p/Cu复合材料粉末注射成形工艺及性能研究

作　者: 陈华
导　师: 严铿
学　校: 江苏科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SiC颗粒 Cu 复合材料粉末注射成形
分类号: TF124.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

SiC_p/Cu 复合材料具有耐磨损、耐高温等一系列性能,应用前景非常广阔。粉末注射成形的优势在于能够大批量地一次成形形状复杂的较小金属零部件,且制品各部位密度均匀、性能优异。本文主要是利用粉末注射成形技术,制备出性能优异的SiC_p/Cu复合材料。针对SiCP/Cu复合材料研究中的问题,开展了以下几个方面的研究工作:本文采用20μm的Cu粉末和10μm的SiC颗粒进行注射成形,研究了粉末装载量、粘结剂体系和脱脂工艺的选择对脱脂保形的影响;注射成形参数对注射坯的成形性的影响;烧结工艺对烧结件的影响; SiC体积分数对于复合材料硬度、强度、耐磨性的影响。研究结果表明:高的粉末装载量以及蜡基粘结剂体系有利于后续的脱脂。研究中采用的粉末装载量为50%,粘结剂为55%PW+40%LDPE+5%SA。适当提高溶剂的温度,分子扩散能力增强,有助于溶剂脱脂的进行。试验中采用的脱脂温度为35℃。热脱脂过程中,当初始升温速率为4.5℃/min时,产生裂纹、鼓泡等缺陷,应采用低的升温速率。本文采用的升温曲线为:室温60min→150℃(保温30min)100min→250℃(保温1h) 120 min→340℃(保温1h) 150 min→490℃(保温30min)炉冷→室温。纯铜粉末进行注射注射成形时,当注射温度为160℃,注射压力为110MPa时,试样成形良好。随着SiC颗粒的加入,喂料的粘度增加,流动性能变差,不利于注射过程的顺利进行,因此需要在纯铜粉末注射成形工艺的基础上适当地提高注射温度和注射压力。当注射温度为180℃、注射压力为120MPa以上时,注射过程得以顺利进行。在烧结过程中,采用氢气还原、烧结速率为5℃/min、烧结温度为1050℃。采用中速高温烧结的方法,获得性能优良的烧结件。SiC_p/Cu复合材料的硬度随着SiC体积分数的增加而提高;其强度随着SiC体积分数的增加,呈先上升,再下降的趋势。并研究了SiC_p/Cu复合材料在干态旋转滑动的条件下摩擦磨损性能。通过试验可知: SiC颗粒镶嵌于铜基体中,对基体起保护作用以及抗犁削作用的能力较强,SiC_p/Cu复合材料的摩擦磨损性能优异。本研究工作对SiC_p/Cu复合材料的零件制备工艺及性能改善的方法做了基础的研究,为SiC_p/Cu复合材料的扩大应用起到了很好的作用,有很大的工程应用价值。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-9
第1章绪论  9-19
  1.1 粉末注射成形  9-16
    1.1.1 原材料的要求  10
    1.1.2 喂料的制备  10-11
    1.1.3 注射成形  11-12
    1.1.4 脱脂  12-14
    1.1.5 烧结  14-15
    1.1.6 PIM 技术的优势、发展现状及应用前景  15-16
  1.2 铜基复合材料  16-17
  1.3 SiC_p/Cu 复合材料的性能及制备方法  17-18
  1.4 本文研究内容  18
  1.5 本课题的研究意义  18-19
第2章试验材料、设备及方法  19-25
  2.1 试验材料  19-20
  2.2 本试验采用的设备  20-21
  2.3 试验方法  21-23
    2.3.1 试验工艺流程  21
    2.3.2 试样制备  21-23
  2.4 试验检测方法  23-25
    2.4.1 热重分析  23
    2.4.2 收缩率的测量  23
    2.4.3 硬度测试  23
    2.4.4 强度测试  23
    2.4.5 扫描电镜及能谱分析  23
    2.4.6 XRD 分析  23
    2.4.7 摩擦磨损试验  23-25
第3章 Cu 粉末注射成形工艺  25-40
  3.1 喂料的设计与制备  25-28
    3.1.1 粉末装载量  25
    3.1.2 粘结剂体系的选择  25-26
    3.1.3 喂料的制备过程  26-27
    3.1.4 混料均匀性控制  27-28
  3.2 注射成形  28-33
    3.2.1 注射成形参数  28-32
    3.2.2 注射坯的缺陷控制  32-33
  3.3 脱脂  33-39
    3.3.1 溶剂脱脂工艺  33-35
      3.3.1.1 脱脂温度的影响  33-34
      3.3.1.2 粘结剂体系对溶剂脱脂的影响  34-35
    3.3.2 热脱脂工艺  35-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 Cu 粉末注射成形中的烧结  40-49
  4.1 烧结机理及分类  40-42
  4.2 烧结工艺及结果分析  42-47
  4.3 本章小结  47-49
第5章 SiC_p/Cu 复合材料注射成形工艺  49-58
  5.1 试验成分设计  49
  5.2 试验过程  49-50
  5.3 力学性能测试  50-57
    5.3.1 硬度与强度  50-51
    5.3.2 断口分析  51-53
    5.3.3 摩擦磨损性能  53-57
  5.4 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-62
攻读硕士期间发表的论文  62-63
致谢  63-64
详细摘要  64-68

SiC_p/Cu复合材料粉末注射成形工艺及性能研究

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