轧制粉末Ag_Cu双金属材料的研究_曾德麟.pdf

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1、猫有金属材料与工程2984年第6期轧制粉末Ag一Cu双金属材料的研究曾德麟中南矿冶学 院)摘姿采明粉末烧结一冷轧的复合工艺制得的人g一Cu双金属片材,其物理一力学性能二接近 用其它方法得到的致密双金属材料,而且具有复层晶粒细、界面结合力强的优点,塑性性质可完全满足进一步加工的要求。一、前_、曰Ag一Cu复合双金属 由于节约贵金属和具有较高的 强度并便于加工,可广泛应用 于低压电器以代替纯银接点。生产双 金属的传统方法是板材的热轧复合和 固相 室 温轧制复合(即冷轧后热扩散处理),国内外在 这方面有过不 少 的研究和报道二一。粉 末复合方法的研究始于六十年代初,最 近笔者研究了粉末复合Ag一Cu

2、双金属的性能和界面特性.,证明粉末复合的界面存在 明显的扩散合金层。从理论分析可以预见 到,扩散层有利 于提高界面结合强度,但由于该层有一定厚度,使 导电性降低。此外,国外的研究.和我们的实验 均证明,粉 末复层 银的晶粒极细,密 度 和硬度可接近 全致 密,因此,粉末复合Ag一Cu双 金属接点 灼 电磨损和使用 效果一与纯银 致密材料一 样,但是由于 铜基层的密度偏低(笔者 测定为9 7%相对密度),且塑性较追,故铆接 困难,但 钎焊 性 能好。粉末 泛合双金属的机械性能一般均低于热轧和固 川轧制复合的双金属,但是界面结合性能却优于后者。因此为了保持粉末烧结材料晶粒细、组织均匀、界面结 合牢

3、的优点和改善机械性 能,对 粉末 烧结毛坯进 行后续全 致 密 化加工是较 理想勺,粉末烧结的有 孔材 料,对压 缩变 形均抗 力低,故一不必 采用热轧工艺达到致密化和使复合层结合的目的,另外粉末有孔材料的冷轧与致密材料相比,轧制负荷大大降低。因此,本研 究 采用了“粉末烧结一冷轧”复合技术,可以综合粉末复合与固相轧制复合二者 的长处,又避开了热轧的复杂 工艺,有可能发展成为制造性能优良的复合双 金属的一种简单易 行的方法。二、实验方法1.工艺流程Ag粉Cu粉一机械“一压“”“坯一“”-坯块初轧(冷)一中间退 火一精轧一退 火一双 金属 板材2.粉末康料联氨还原银 粉,3洲H:退 火,一20

4、0目;电解铜粉,4 5 0H:还原,一20 0目。3.双金属主层的化学成分实验 研究 了以纯银以及AgCus,AgCu7.5合 金为复层 的三种 双金属,其材料代号分别以A。、A。、A,表示。合金复层 是采用Ag粉与一32 5目Cu粉的机械混 合 料按5%和7.5%配制 的。礴.工 艺今数(1)毛坯压制:将复层(纯Ag粉 或混合料)和底层铜粉 厚 度比为1:1和1:26期轧制粉末Ag一Cu双金属材料的研究裹1粉末光工分析金肠杂胶含t%Ag扮CuPbF。人lgC,、CuPbF。人lgC,、O。Q8 10。0010。003Q。006痕兹PbNiSnFoBIA、ZnSbCu粉.PbNiSnFoBIA

5、、ZnSb0.00490。00130。00110。00 310。0010。0050。0 10。001.主要杂质元素是粉末 表面的氧,考虑到 烧结中能被还原,故未分折。称重,分层装入长方形模具中单向压制成形,压力2.53t/cm名。毛坯 尺 寸34.58x22.54和44.9x28.lm m,厚 度3.54。smm。(2)烧 结:760士10,时间1小时,H:保护管式电炉内进行。(8)冷轧:用小9 0两辊轧机进行初轧和精轧。初轧和精轧均为两道,变形量分别控制在4 0%左右。(4)退火:中间退火温 度55 0,1小时,最终退火选择T350,450,550,“0四种温度,时间均为1小时,退火 均在H

6、:保护下进行。5.性能洲试(1)复层 表 面硬度:在HV一l型轻负荷硬度计上用skg负荷测定。(2)断面显微硬度:在6 31型显 微硬度计上用5 09负荷测定。(8)拉伸试验:在L一Js0 0 0A型机械式拉力试验机上进行,加载速 度3mm/分,拉伸试样如图1所示。1:1。(5)金相观察:沿 轧制方向和垂直方向切 取试样的断面,用 电木粉镶样,机械磨光并用 细 的氧化铬和氧化铝粉 悬浮 浪 抛光。浸蚀剂:银复层用氨水(25ml)+H:O:(8%,50ml)HZO(25m l的混 合液,铜基层用重铬酸 钾(1 9)+硫 酸(4ml)+水(soml)的混合液。(6)断口和界面观 察:)1 JJCX

7、A一733扫描电镜 观察拉伸试样断口形貌和复合界面。三、结果与 分析,“5一-一叫图1拉伸试样注,测盆标 距4 0mm,复层与基层厚度比1:2砚|(4)电阻 率:按JB1 3 73一7 4标准 采用双臂电桥测定,试样尺寸5 0X1 0 xl.Zm m,侧量跨距3 5r n m。试样复层 与 基 层厚度比1.主层衰面硬度以表2数据作成日2。图中曲线们温度座标起点的硬度值 代表冷 轧未退 火试样的硬度。可以看出:(1)A。材 料超过35 0退火,纯银复层 硬度不再降低,这 与笔者 在 研究报 告 8 中测定复压银复层的软化退 火温度4 00比较有些降低,原因是冷 轧变形量(4 0%)大于复兀(2

8、0%),使再 结晶温度降低;(2)A。、A,材料经35 0退 火后硬度比冷轧 态略高,而引.A7比A。曲线更 明显,这反映了时效 沉淀硬化型 合金都 具有的所谓低温 退 火硬化效 应,由于A,合 企 元素含量更l高,所以硬化效应 也 显 著;(3)A。和A:材料退 火 直到6加,硬 度 仍有减低的趋势,说 明合 金银自:再结品过程明显 推迟,合 余元 素铜 对银的再 结品起 着 阻 止 作用;(4)退火后以介 全银.勺红层双 个属稀有金属材料与工程e期衰2组火泣班对妞一硬魔HV的形映,负有6kg材料代号冷轧态A.66一7035040一44退火态4505506 50A一10 0一1101 02一

9、1 1240一4294一9839一426 8一7235一365 5一5 8Av102一11412 3一130201一10573一7a61一6 5.a a、留涝汉退火温度,图2复层硬度与退火温度的关系具有较高的硬 度,而且A,的硬度 大 于A,。图3(图版1)比较了A。、A。、A7三种 材料 于35 0退 火后 的 金相组 织,可以看到A。的纯银复层 已显 出 明显 的再结 晶等轴细 晶粒,而A。、A7的银合金复层 仍保留着轧制变形后的拉长细 晶 粒。2.皿橄硬度由表3得出下 面的规律:(1)冷轧状态 下,A。与A。的相 同部位和断 面上 的 显微硬 度 值都是前者高于后 者,这与表面硬度的差

10、别是一致的,(2)A。不论是冷 轧或退火状 态,两种 断面 的显微硬度完全相 同,而A。在冷轧状 态,横断面显微硬度略高于纵断面的,一可能 与纯银 变形 织 构的方 向性有关,(3)A。低温(3 5 0)退 火,硬度降低甚微,说明低 温退火硬化现象也反映到复层基体的显微硬度变化上,(4)A。的近界面层硬度明 显比复层 墓体的硬度提高(约1 0个单位),而A。无此差别,说 明纯银复层山于烧结 时基层Cu原子向其 巾扩 散形 成 合 金过渡层,而A。由于近界面层 与复层 合 金的浓度梯 度减小,上述 扩散 作用减弱。3.拉伸试验衰3盆协体与近界百层皿橄硬度H M比桩(负扮5 0目,kg/m mA.

11、64一7570一76697373一8578一897 983102一109103一109106106102一109101一111105106A.350退火纵断面横断面99一11099一1 041 0410299一1 0799一1 071031015 5 0退火纵断面横断面63一7 059一66676364一6961一686764由图4曲线 可分 别测 最A。、A。的力学性能列入表4。双 金属复合材料强度 与组成 金属强度的关系符合加和规律:a、=(a、S:+a、252)/S式中a*1,。,S:,S:分别代表组 成 金属的 强度和断面积,S为双金属的断而积S二51+S,。由手 册查到(;、(Ag)

12、二Zokg/m m么,a、(Cu)=24kg/m m么a(AgCu6)二2 7kg/m mZ。代入上 面公式得到 表4中A。和AS材料a、吃计算值,可 见一与实 测的 强度 值是接近的。由图4两种材料的拉伸曲线 可以看 出,断 裂均发生 在试样出现明显 颈缩 现象之前,屈 服水平阶段也不明显,说 明粉末双金属材料的 塑性比致 密双 金属差。按Ag、Ag一Cu6期轧制粉末Ag一C。双金属材料的研究叻召叭只遥粼图4A.、裹4伸长,毫米A。双金属片材拉伸试验曲线轧翻粉末双金口的力学性能。.,.抗拉强度c比例极限仃。伸长率乙断面缩小件弓于r,1.,一_皿、竺丝些竺望匕兰(kg/m mZ)(%)率冲(%

13、)实验值计算值A02 1.322.79.024.8,2 1。5Ao22.524.722.116.016.1双金属和AgCus合金的伸长 率 为 4 0%、3 0%和2 0%估计,表4中两种材料的伸长率要比致密双金属低1/3。但是轧制 的粉 末 双金属比起烧结的材料的塑性还 是高得多,例如用A。,A。双金属片反复作1 80 0弯曲试验毫不 困难也证 明了这一点。从表4数据比较A。,A。两种材料不 难看出,A。的塑性(乙和冲)比A。高,而强度(a、a.)要低,反映了纯Ag复层比AgCu5合金复层的塑性好,因此复合后 的双金 属也是A。比A。的 塑性好,强度低。用扫描电镜观察A。、A。拉伸试样的新鲜

14、断口(图5)(图版2),证明断裂是 延性 的,在界面上和界面两边都存在大量的细韧窝,在 更高倍数 下清楚地反映 了界面 的断裂 与复层和基层几乎没有区别(图5(e),说明断裂沿整个双金属 断 面是均匀的,界面在断裂时变形与基 层和复层协调一致,是界面不致破坏的根本原 因所 在。4.电阻率经55 0退火的试样用双臂电桥 测 定 电阻率。为了比较,按 加和规律,P二P:PZS/(p:S:+pZs:)计算了致密双 金属l自电阻率,得到表5。可见,实测值均 高于计算值,原 因是由手册查到 的 电阻率均是对高纯金属(99.99%)而 言,而本研究 用的粉末为化学纯的,而且材料的晶粒 极细,故电阻率较高,

15、但是与资料3、5、7报道 的致密双金属的数据(p二1.8 52.00卜瓦gem)是一致Ij勺。冷 轧l扭勺大变 形量,使界面扩散层减薄,故导 电性会 优于粉末复合双金属。农5电阻率比较材料实测值协Ocm计算值协OcmAel。811.65A一i一901。50注:由手册查得P(Ag)二1.6,p(Cu、=1.7,P(AgCu6)=1.951=S:=S/2四、结论采用粉末烧结一冷轧的复合工 艺 能够制得物理和力学性能接近 致密双金 属.的Ag一Cu复合材料。由机械混合粉 制 成以AgCus合金为复层的双金属片材的强度、比例 极 限以及硬度均高于 纯银复层的粉末双 金属,而伸长率与导电率却较低。添 加

16、Cu使银复层的软化再结 晶退 火 温度提高,并二且在 3 50左右出现低温退火硬化现象。该 工 艺可以使双金属获得十分满意的界面结 合,而且复层晶粒极细,是 电触头双 金属的理 想用材。王端 明 同志为本研究完成了电镜观测,曾克里、陈利民、凌彬 作了大 量实验 工作,(下转第 1 9 页)6期预膜怡的研究产一 目,目.山.一.裹4钻和硕.钻的硬度位和力学性能试样纯铭!500一吐小时预膜600一4小时预障7 0 0一2小n寸预膜!70 0一4小时预膜H H Hvkg/m mZ Z Z203 3 3150。30 0 0152 2 21 54。6 7 7 7156。67 7 7,1,/1 1 1沈口

17、O廿廿q,傀 戈哎弓弓弓U U U几 5/J J 占 JJ占占口 U.9.少少.J二.口。一口 口口口4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 47。6 6 624 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 42 2 2 2 2 2 2 2 2 1。43 3 3完整、致密的氧化层,这种膜对基体具有牢固 的结 合性能和保护性能。它的相结构是以单斜ZrOZ为 主包含有立方ZrOZ的混 合相结构,是 多层 结 构,内层 氧化物呈柱状晶垂 直于样品表 面。2.采用7 00一2小时空气中加热

18、预膜的错试样耐 蚀耐磨性能 最佳,但并没有提高纯错耐 硫 酸腐蚀的硫酸浓度,最好在7 0%浓度以下的硫酸介质中使用。3。在空气中加热预膜的错耐腐蚀性能与氧化层的厚度有关,一般来说比较厚的氧化层耐蚀性能也提高,但氧化膜厚度不能超出一定范围,在实际应 用中,要根据不 同的要求和条件,采用不同 的预膜方法。生产中的水解 管,山东省南化工厂采 用预膜错管作尿素阀 的 阀芯都取得了很好的效果,其耐蚀、耐磨 性能 都超 过了纯错。(198年8月7日收到),考文徽天津东方化工厂采用 预膜错 若作双 氧水1ApPlieationinstr u etionsfo rZire o-niumTWCA2Mateyia

19、lsEngine e ring1983.7,46一4 93Zir e adyn ePr ope rtie s&ApPlie atio-nsTWC人4美,B,勒斯特曼,F,凯 尔兹著,桔下册5二机部一院周邦新,“铅一2合金在过热燕汽中氧化转折的机理”6清华 大学陈鹤鸣,“桔的氧化”咭卜弓卜闷卜卜月令4 卜月卜,今卜月十州峪 弓备一刁卜刁卜刁咯一月十刁十月卜卜十闷卜门夺月卜闷小月于弓今斗卜月十弓十一令卜刁.卜 月令月小月伞月于.卜 刁+月 十 十卜.今 卜(上接第1 6灭)一并表示感谢。(1984年8月6日收到)今考文做1Me ewanK.J.B.,etal,Br宫r名shW心落 d l摊9Jo“

20、r”a忿,9(196 2),冲7,463To双opoaP。n。,从互P.,B且盆eTa皿-几 皿互e e盆班eK o 址TaKTHMoeRBa,MeTa几_刀yPrH z双aT,19 763邓安林,稀有金属,1983,滩3,574姜斌,仪表材 料,1 984,抽1,7后林德仲,贵金属,1983,冲2,4 56曾润 根,仪表材料1 97 9,怕6,187上海市仪表电讯工业局技术情报所译,粉末 冶金磁电材料与零件,第l辑,19 6),创8曾德鳞,中南矿冶学 院学 报,1湘4 自2,569A中。二 EH.1 1.,f lop业:oBa“eT a“-几yPru x,(1981、,抽,356期稀有金属材料与工程热处理对B Tg钦合金的显橄组织和机械性能的影晌图版1图295 0、980、102 0的典型组织轧制粉末Ag一Cu双金月材料的研究图3双金 属350退火显微织织4O0 x78稀有金属材料与工程6期图版已轧制粉末Ag一Cu双金属材料的研究轧制粉宋双金属电子扫描断口形貌预膜格的研究图6l钊1扫描电镜观察白;氧化 膜结 构50。X图3品粒大小金相照片