化学镀铜TiB2颗粒增强铜基复合材料的制备与性能研究

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本文探讨了在TiB2颗粒表面进行化学镀铜的基本工艺方法,研究了装载量、温度、甲醛的初始量和pH值对镀铜效果的影响,对镀后的颗粒表面形貌和镀液的颜色进行了观察,优化选择了装载量为6g/L、温度为6065oC、pH值为12.513和甲醛初始量为15ml/L的镀铜工艺。SEM、EDS和XRD分析结果表明,TiB2颗粒表面成功镀覆了铜层,颗粒包覆比较完整,镀铜的晶粒尺寸在35nm左右。采用粉末冶金法制备了TiB2表面经过化学镀铜处理的TiB2/Cu复合材料,体积分数分别为5%、10%和15%,同时制备了纯铜基体和体积分数为15%的TiB2表面未镀铜的TiB2/Cu复合材料。利用OM、SEM和TEM等手段对TiB2/Cu复合材料的微观组织进行了观察和分析,进行了常温力学性能和导电性能及干滑动摩擦条件下的摩擦磨损性能研究。结果表明,TiB2颗粒镀铜后改善了颗粒和基体的润湿,经过镀铜处理制得的复合材料,颗粒能够比较均匀的分布在铜基体中,且常温力学性能和导电性也优于未镀铜的;随着镀铜TiB2颗粒的增加,TiB2/Cu复合材料的抗拉强度和硬度逐渐增加,均优于纯铜;而TiB2/Cu复合材料的导电率是逐渐降低的。化学镀铜处理改善了TiB2颗粒和铜基体的界面结合,从而也提高了复合材料的磨损性能,经过化学镀铜处理的复合材料的摩擦磨损性能要优于未经过镀铜处理的。随载荷增加,化学镀铜TiB2/Cu复合材料的摩擦系数和体积磨损量增加;在相同的摩擦磨损条件下,随着TiB2体积分数的增加,摩擦系数和磨损量有降低的趋势。分析讨论了复合材料的摩擦磨损机制,在载荷为2080N时铜基体的磨损机制为粘着磨损;5vol.%TiB2(C)/Cu和10vol.%TiB2(C)/Cu复合材料是以粘着磨损为主,伴有氧化磨损的混合磨损机制;15vol.%TiB2(C)/Cu复合材料是以粘着磨损为主,伴有氧化磨损和轻微的磨粒磨损的混合磨损机制;15vol.%TiB2(U)/Cu复合材料的磨损机制为磨粒磨损。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第1章 绪论第9-27页
    1.1 课题背景第9-10页
    1.2 国内外研究现第10-11页
    1.3 铜基复合材料第11-12页
        1.3.1 纤维增强铜基复合材料第11-12页
        1.3.2 颗粒增强铜基复合材料第12页
    1.4 颗粒增强铜基复合材料增强相的选择第12-13页
        1.4.1 外加颗粒增强相第13页
        1.4.2 原位反应生成颗粒增强相第13页
    1.5 颗粒增强铜基复合材料的制备方法第13-18页
        1.5.1 铸造法第14页
        1.5.2 粉末冶金第14-15页
        1.5.3 机械合金化法第15-16页
        1.5.4 喷雾沉积第16-17页
        1.5.5 溶胶-凝胶法第17页
        1.5.6 热化学法第17页
        1.5.7 内氧化法第17页
        1.5.8 高温自蔓延法第17-18页
        1.5.9 反应热压法第18页
    1.6 化学镀铜概述第18-23页
        1.6.1 化学镀铜溶液的配方组成第19-20页
        1.6.2 化学镀的影响因素第20-21页
        1.6.3 化学镀覆金属的特点第21-22页
        1.6.4 颗粒表面化学镀铜的研究现状第22-23页
    1.7 颗粒增强金属基复合材料的摩擦磨损性能第23-25页
        1.7.1 粘着磨损第24页
        1.7.2 磨粒磨损第24-25页
        1.7.3 接触疲劳磨损第25页
        1.7.4 氧化磨损第25页
    1.8 主要研究内容第25-27页
第2章 试验材料及试验方法第27-33页
    2.1 试验材料第27页
    2.2 TiB_2颗粒增强铜基复合材料的制备第27-28页
        2.2.1 TiB_2颗粒表面化学镀铜第27-28页
        2.2.2 铜基复合材料的热压烧结及热挤压第28页
    2.3 材料的分析测试方法第28-33页
        2.3.1 X-射线衍射分析第28-29页
        2.3.2 微观组织分析第29页
        2.3.3 致密度测试第29-30页
        2.3.4 硬度测试第30页
        2.3.5 拉伸试验第30-31页
        2.3.6 导电性能测试第31页
        2.3.7 摩擦磨损性能测试第31-33页
第3章 TiB_2表面化学镀铜的研究第33-54页
    3.1 引言第33页
    3.2 化学镀的基本原理第33-35页
    3.3 化学镀铜的预处理第35-39页
        3.3.1 TiB_2颗粒的粗化第35-36页
        3.3.2 TiB_2颗粒的敏化第36-38页
        3.3.3 TiB_2颗粒的活化第38-39页
    3.4 镀液的配制及试验过程第39-42页
        3.4.1 化学镀铜镀液的配制第39-40页
        3.4.2 化学镀铜的试验过程第40-42页
    3.5 化学镀铜试验的分析及工艺优化第42-53页
        3.5.1 工艺优化思路第42页
        3.5.2 装载量的影响第42-45页
        3.5.3 温度的影响第45-47页
        3.5.4 甲醛初始量的影响第47-49页
        3.5.5 pH 值的影响第49-51页
        3.5.6 优化后的镀铜TiB_2颗粒第51-52页
        3.5.7 XRD 分析第52-53页
    3.6 本章小结第53-54页
第4章 TiB_2/Cu 复合材料的制备及组织和力学性能分析第54-68页
    4.1 引言第54-55页
    4.2 TiB_2/Cu 复合材料的制备第55-58页
        4.2.1 球磨混粉第55页
        4.2.2 热压烧结第55-56页
        4.2.3 热挤压成型第56-58页
    4.3 热挤压对TiB_2/Cu 复合材料组织的影响第58-63页
        4.3.1 烧结态TiB_2/Cu 复合材料的组织第58-60页
        4.3.2 挤压态TiB_2/Cu 复合材料的组织第60-63页
    4.4 TiB_2/Cu 复合材料挤压前后的致密度第63页
    4.5 TiB_2/Cu 复合材料常温力学性能第63-66页
        4.5.1 TiB_2/Cu 复合材料的硬度第63-64页
        4.5.2 TiB_2/Cu 复合材料的室温拉伸性能第64-66页
    4.6 化学镀铜TiB_2/Cu 复合材料的界面结合第66-67页
    4.7 本章小结第67-68页
第5章 TiB_2/Cu 复合材料导电及摩擦磨损性能研究第68-83页
    5.1 引言第68页
    5.2 TiB_2/Cu 复合材料的导电性能第68-70页
    5.3 TiB_2/Cu 复合材料的摩擦磨损性能第70-81页
        5.3.1 摩擦磨损的影响因素第70-72页
        5.3.2 TiB_2/Cu 复合材料的摩擦系数分析第72-74页
        5.3.3 TiB_2/Cu 复合材料的磨损性能第74-76页
        5.3.4 TiB_2/Cu 复合材料的磨面及磨损机制分析第76-81页
    5.4 本章小结第81-83页
结论第83-84页
参考文献第84-88页
攻读学位期间发表的学术论文第88-90页
致谢第90页
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