双金属层状复合材料的实验材料及方法

1、双金属层状复合材料的实验材料及方法阳金購层状竄合材料是采用宜合技术便两种物理.化学性能不同的金扉在界面上实现结合而制备的一种祈型复合材料呼1讥虽戏各层金保持各自原有特杵，但耳夏许历的物理、化学、力学爭性陡和单一的总届不同，硏丸发现桔心地选抒存同的金屈E和育适的复汁T艺.可获得性能忧并的取金属层狀见舍材料"叽在材料性能姐合和优化利用方面突破了佚统的认识，皿着促进了材料综含性能的提高-195（5年，MetalandControlCorp的学若首先提出了窒沮下生产层状金瞬复合材料的2步注II艺冋：巖制处理-轧制复合-护散1M火.宜到今天训然是生产层状金属眞合材科的基本工艺本实验采用谨工艺；

2、WAeCuNiCe金为复层、TU1（无轧铜）为基休，制备岀一种新甦Ht电机用复合电接融材AgCuNiCe/TUl52-2实验方案结合木课題所要研究境合带材的性能*制淀究验总休方案如图2.1所示：禺2.1实验总休方案Fig2.1Thegtiurdexptnmuiialpin«in2.3实验材料与设备直流微电机换向器及电刷所用康嵌轧制复合带材的左要工艺流程如图2.2所示国2.2AgCuNiCeTTUULfWUfr匚艺流悝图F1&2.2Tlierollingcladpiocew!ofAgCuNiCe/TUlcomposite实验材料复层制备工艺见图23.用99.99%Ag和99.9

3、6%CuNi.Ce作原料.高频喀应炉頁空熔炼，浇铸成扁锭，制得实AgCu6.5NiO.5CeO.5ft然后进行退火：TU1牛产方法冇真空炉熔炼技术和工频感应炉熔炼技术，前者是克空下采用中频无芯感应炉熔炼，得到的无氧铜纯度高，但真空系统复杂产量低，成木髙.用F生产要求高的电真空无氧铜：后者是国外普遍采用的技术。TU1经整平、退火、轧制等工艺制成片材两种材料的设讣成分见衣2.L用23Ag：uNiCe制备I:艺涼程用2.1AgCuNiCeTTUl合金的化学成分/wt%Table2.1Chemicalcomposition.ofAguNiCe/TU1alloy/wt%复合材料AgCuNiCe杂质13.

4、2实验设备实峻过程中所用的设备及其型号见农2.2-表2.2宾验设备Table2.2Expemuentalequipuents实验设备巾号试鲨设族盘号四棍棍牺轧机自制金郴显微镜MEF4A心金隔表面清別机自制超声波清洗机jp-oior电火花线切割机DK7725D1牛金相抛光机CKYMP-2B箱式电阻炉SX-410金相试样懐样机XQ-1卫机动折弯机DWJ6A型显微硬度仪FM-ARS9000型电子探针EPMA-1720场笈妨扫描电朋(配仔EDAX能谄仪)JSM.6301FB电子力能拉伸实验仪WDMHOV电化学测试设备Solmtron12602872.4实验过程在整个轧制眞含生产过程中,主曼包括表面处理

5、、轧制复合和扩敢退火三个阶段.241表面处理(1)组元金屈力学性能的调整AgCuNiCe与TU1的力学性能存在较大的差界，为了快组兀金屈间能达到便好的结合狀态，需要对各组兀金届的力学件能进行适半的调整。轧制貝合复合前.须对复层和皐体组元材料进行预先热处理.复层AgCuNiCe带，退火工艺为：真空700-C.保溫1小时，随炉冷却；TU1退火工艺为：退火工艺为：真空500-C,保温1小时，随炉冷却。(R人对复层AgCubJiCe和基体TU1进行轧制Z前遴行表也i处理金隔表而的淸洁度会严蒐彫响界面的结合性能.衣面越淸洁的两种金属在m性变形时越容易利尹位错运动.內此.必须采用物理或者化学方法除去基休和

6、夏层的氧化薄膜、油渍、朵质，浄化AgCuNiCe和TU1的表潮里体和复层均采用物理方法衣面处理，步骤：首先用丙酗淸洗金騰表而：然后用淸水冲洗金屈衣而至T净.进行烘T：最后采用单佝打虧(电动刑址涓刷机)肓到基体和夏层金届表面出现点线状的砂面为止采用物理方法处理表面一方而可以清洁结合而,更重要的是可通过加匸硬化在材料表面形成一层脆件薄膜，有利提高轨制后的结合强度.冷轧复合复层和基体材料表面清理后，在0.5X6mmTUl铜带上开槽,利用轧制复合方法将AgCuNiCe合金带績入定位椚中制备出AgCuNiCe/TUl复合坯料并在四輕赫轧机上进行轧制得到实號样品见图24轧制变形量控制在75%|?J2.4A

7、gCuNiCeTTUl安介材料样品(a分射的.b分归后)Fig2.4SamplesofAg讪lCe/TU1composite(amoiledbcul)扩散退火UJz!AgCuNiCe与基休TUI经过忙制变形后存任明汕的加匚皱化川毁余应力，结合面存在空洞、缝隙等缺陷，因此何必要进行退火处理消除这些缺陷，金屈界而备元素随着热处理富度和时何发生扩敢.热处理会提高界面的结合强度，但是过度的呛处理反丽会障低界而的结合强度，其至会降低复合带材的其他件能.对S介带材进行热处理的上要11的：(1)改善材料的组织及力学性能，获得便好的界面结台性能。(2研宛界面结合机理、以及热处理对复合带材的性能影响,获得适宜的

8、热处理制度J木文为了研允退火制度对AgCuNiCe/TUl窟:仃带材结合性施的診响.找出理想的退火温度及保温时何探窕界而微观结介机理。-方而对室温轧制AgCuNiCe/TUl复合帶材进行了不同温度的扩散处理.退火温度分别为250r.40CTC、50CTC、60LC、700*C及750E保汾时间为0.5h,随炉冷却：另一方面对AgCuNiCe/TUl询轧制复合试样进行不同时何扩散处理.迅火温度选为4009、6OOX?及700C.保温时fii0.51k2h.3.511.随炉冷却.为减少在高温下退火时复含界面发生氧化，影响界面的组织成分.采用真空封管见图父5所示（佩气保！然后进行退火处理.ra2J5

9、AgCuNiCefTUl复合帝材H空时管Fig2.5ThevncuumsealedASuNiCe/TU1compositesheet2.5界面微观组织分析及性能检测微观组织分析2.5.1.1金相分析磨制不同界面金相试样，在光学显微镜卜观察试样统热处理后界面组织形貌和晶粒变化规律，了解不同温度.不同时间的热处理制度对界而微观组织结构和界而形级的彩响.对AgCuNiCe/TUl以含试样.采用6%H2O3:25%NH3.H20=L1的腐刻剂,腐刻时何为30s左:右;或者30%双氧化:25%M水:蒸18水=1:1:1,腐刻10秒斥右：复层AgCuNiCe/z：和TU1层被松蚀.通过光学显微镜观察腐刻的

10、试样.选取界面处有代表性的区域拍照,放大倍数为200、500和1000®晶粒尺寸测塑利用SISCIAS8.0金相软件,釆用截线眩测呈了结合面两侧一定范用内的晶粒尺寸.対毎一个试样选取至少5个不同的视域测啟3次，计算出每组数据的晟大值和平均值.251.3扫描电镜观察采用SEM对热处理后的界而微观组织进行观坯,探讨轧制复台阶段界面结合机理，并利用能谱仪(EDAX)对界而及基体、复层微区成分进行测左；并对£1描界面形貌照像，以了解不同亘合工艺及热处理制度对界Illi结合状态的杉响。251.4X-射线衍射分析采用金属研尤所fi<jMimflex型X射纨衍射仪对复层和基体组织结

11、构及物相成分进疔分析.荧得试样表1(11的点阵常数带材性能测试2.5.2.1弯曲性能测试按照GB235-S8：*金属反更殍曲实验方法(厚度小丁或等I3mm酒板及苗材)”的婆求设计实验，试样沿確直于轧制方向截取然后处用反复殍曲的方法检测复合带材的结合性能"旦合带材向右(左)弯曲90°再弯Illi90-H到原处为一次弯曲，燃后再向左(右)弯曲90°,再弯回原处称为第一次巧曲.血到复合带材发生斷稷为止.实程设备如图2.6®所示.复合板失效形式如图2.6(b)所示.记录试样结合而断裂时的反复弯Illi次数，以表征试样界面的结含性能。支摩够曲柱夹块弯血1»

12、;转功中心分层彳(»丈捡设备(»丈捡设备(b)夏ft失效图2.6反如曲实验示恿阳显微硬度测试对AgCnNiCe/TUl超合试样的AgCuNiCe层与TU1侧妹休进行竈微维氏硬度测试，载W10g.加载30S也可允许测量范IW内对35个点进行测虽后取其平均值.绘制磧度1111线。拉伸性能测试材料的强度和m性捋标nJ通过电子万能拉伸实验机在盲温坏境下进行拉伸实验测存。拉伸曲绒可在试验机上门动绘制出.不实验主耍对不同更火温度和时间下圾合带材抗拉强度和延伸率进行测试，分析斷口形貌，进而分析不冋热处理工艺対AgCuNiCe/TU1复合帯材力学性能的恥响。导电性能测试电阻率是常用来表示电附持性的物理虽，做电机中电刷和转换器导电性能的强弱可以直接通过电阻率的大小进行评价。当电刷材料输送的电流较小时，若电刷材料的电阻率也絞小，則电刷材料在工作时的温升就比较缓慢,敢热量就牧小.可提高电刷寿命。闲此对微电机中的电刷和转换耦而育，电阻率是眞耍的件能指标2因此仃必