金刚石锯片烧结过程中铜粉和镍粉烧结体界面及其性能的试验研究.docxVIP

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金刚石锯片烧结过程中铜粉和镍粉烧结体界面及其性能的试验研究

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论文导读：而且铜粉和镍粉在反应过程中,只有镍粉颗粒扩散进入铜粉颗粒,在原铜粉颗粒内部反应形成单相α固溶体组织。使铜粉和镍粉在固相下发生扩散、溶解,建立“铜粉和镍粉固相扩散相界面迁移模型”,研究铜镍烧结体的性能和相界面迁移之间的关系。铜粉和镍粉烧结实质上就是界面扩散和界面迁移的过程。但是,铜粉和镍粉烧结体的性能却不符合文献[3]中烧结理论的一般规律,即随着烧结温度的升高、保温时间的延长,烧结体密度和硬度呈现上升的趋势。

关键词：铜，镍，界面，性能，单向迁移

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界面是固体结构的重要研究对象。现代材料的发展把界面的探讨推到了材料结构研究的前沿。在众多新材料的研究开发中,材料的界面研究具有十分重要的意义。文献[1]研究了铜粉和镍粉经过固相烧结发生反应的过程和机理。铜和镍混合粉末在100kN预压定性、300kN温压,800℃烧结、保温3h工艺条件下反应,全部形成了单相Cu-Ni固溶体组织;

而且铜粉和镍粉在反应过程中,只有镍粉颗粒扩散进入铜粉颗粒,在原铜粉颗粒内部反应形成单相α固溶体组织。论文发表。本文改进试验方法在烧结过程中使用氢气作为保护气，同时在烧结过程中施加300kn的压力以加速分子扩散速度。论文发表。使铜粉和镍粉在固相下发生扩散、溶解,建立“铜粉和镍粉固相扩散相界面迁移模型”,研究铜镍烧结体的性能和相界面迁移之间的关系。

1.试验材料与方法

试验用粒度为0.050~0.061mm,纯度分别为99.5%和99.4%的铜粉和镍粉。制备烧结体的具体过程如下:①将铜粉和镍粉按重量百分比各50%称取;将混合粉倒入研磨器皿中,并加入少量石墨粉作润滑剂,放入混料机中2小时左右;②在液压式万能实验机上,采用自制模具,将粉料预压(压力为100kN)成16mm×4mm的圆柱体;③将模具(试样在模具中)放入双体烧结炉中，加300kn压力800℃加压高温烧结2小时使用氢气作为保护气，取出后在双体烧结炉的水冷压炉中冷却40分钟，试样冷却至室温。另外又配制了(质量分数)Cu-10%Ni,Cu-30%Ni,Cu-70%Ni和Cu-90%Ni四种成分的混合粉末,按照文献[1]中铜和镍混合粉100kN预压、300kN温压、800℃烧结、随炉冷却的工艺制备了四种烧结体

表1铜粉和镍粉烧结体工艺条件

Tab.1processconditionofCu–Nisintering

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烧结体

预压力/kN

烧结压力/kN

烧结温度/℃

烧结时间/min

12345

100100100100100

300300300300300

800800800800800

30405060120

对烧结后的试样,用光学显微镜进行观察分析,试样的观察面选择与压制方向垂直的表面。用扫描电子显微镜(SEM)对试样进行表面微观形貌观察和分析。用能谱分析仪(EDS)测定试样微区的成分,X射线衍射法(XRD)分析相组成。用排水法测定试样的密度。用洛氏硬度计和低载荷维氏硬度计测试试样的硬度。论文发表。

2.试验结果与分析

2.1烧结体的密度和硬度

2.1.1烧结体密度和硬度与保温时间和烧结温度的关系

如图1a所示,铜镍混合粉压坯在不同烧结温度下烧结,烧结体密度随保温时间的延长而呈现下降趋势;在保温时间相同的情况下,烧结体密度随烧结温度增大而递减。如图1b所示,铜镍混合粉压坯在不同烧结温度和保温时间下烧结,其硬度也是随保温时间的延长和烧结温度的升高呈现下降的趋势。

2.1.2烧结体密度和硬度与烧结体成分的关系

文献[1]研究了烧结体成分(铜粉和镍粉比例)对反应结果的影响。不同混合比例的铜粉和镍粉在临界工艺条件下都可以形成无限固溶体。如图2a所示,当烧结体中镍的含量由10%增加到90%时,烧结体密度呈现下降趋势;烧结体硬度与成分的关系也呈下降的趋势,见图2b所示。Cu-10Ni合金的密度最大,Cu-90Ni合金的密度最小。Cu-10Ni合金的硬度最大,Cu-50Ni合金的硬度最小。

图1烧结体的密度与保温时间的关系

图2烧结体的密度和硬度与成分的关系

2.2烧结体的相界面迁移模型

固体材料在高温下实现烧结的基本因素是原子铜粉和镍粉烧结体相界面及其性能的试验研究在固体中能够进行从一个位置迁移到另一个位置的扩散,并受到扩散过程的控制。界面扩散传质是一种基本的界面过程,它包括了沿表面和界面的扩散、穿越界面的扩散和界面移动等多种和界面原子运动

有关的物质传输[2]。铜粉和镍粉烧结实质上就是界面扩散和界面迁移的过程。界面的迁移运动是各类转变的重要基础,转变中α新相(固溶体)的形成长大实质是界面迁移的过程。

文献[1]研究了铜粉和镍粉烧结形成固溶体组织的过