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AgNiCu15-5合金属于高熔点固态难互溶体系的电接触材料。由于受坩埚、漏嘴、熔化温度等限制,普通坩埚熔化喷射成形技术难于适应高熔点难互溶合金的喷射成形制备,因此这类Ag合金电接触材料至今仍采用普通粉末冶金的方法生产。同时,超细晶AgNi系电接触材料具有高的抗熔焊性。因此,探索新工艺技术制备出高熔点固态难互溶体系的纯净AgNiCu15-5超细晶电接触材料并对其组织结构进行研究具有重要的理论和工程实践意义。本文采用超音速电弧喷射雾化快速凝固技术制备了AgNiCu15-5粉体材料,然后采用超音速电弧喷射沉积快速凝固技术和累积叠轧焊大塑性变形技术组合工艺(UASF+ARB工艺)首次制备出AgNiCu15-5超细晶材料。应用SEM、XRD等分析检测手段对上述材料(粉末、沉积坯、沉积坯后处理材料)的快速凝固组织、亚稳固溶扩展、组织结构演变等进行了较全面和深入的研究。研究结果表明:
⑴超音速电弧喷射雾化最佳优化制粉工艺参数为:L1P2I2U2,即雾化距离为250mm、雾化气压0.9MPa、电弧电流为180A、电弧电压为32V;超音速电弧喷射沉积最佳优化制坯工艺参数为:U2P2I3Z2,即电弧电压U2(32V)、雾化气压P2(0.9MPa)、电弧电流I3(220A)、沉积盘转速Z2(800rpm)。
⑵AgNiCu15-5粉末、沉积坯、累积叠轧焊样品(ARB第3、6、9、12道次)的物相均由大量富Ag相和少量富Ni相组成。(Ni+Cu)在Ag中的平均亚稳扩展固溶度分别为:3.85at.%(Ni+Cu)、6.89at.%(Ni+Cu)、0.14at.%(Ni+Cu)、0.31at.%(Ni+Cu)、0.41at.%(Ni+Cu)、0.48at.%(Ni+Cu);平均晶粒尺寸分别为:405nm、45nm、145nm、126nm、68nm、69nm。
⑶AgNiCu15-5粉末、沉积坯、累积叠轧焊材料的组织均由灰色α(Ag)基体和弥散在基体中的黑色β(Ni)粒子组成,两相呈现出偏聚和分层的凝固组织。在AgNiCu15-5合金小沉积坯的组织中,β(Ni)粒子的尺寸大部分小于1μm,形状呈球状或类球状;α(Ag)基体中晶界清楚可见,晶粒呈等轴状。在等轴晶的晶界和三叉晶界处分布着小于0.5μm的球形β(Ni)粒子,仅有少数球形β(Ni)粒子分布在晶粒内部;颗粒尺寸大约为25μm的β(Ni)粒子中,晶界处分布着网状α(Ag)、α(Ag)+Ag,晶内弥散分布着点状或岛状α(Ag)、α(Ag)+Ag,尺寸均小于0.3μm。
⑷AgNiCu15-5合金的组织结构随着热挤压和累积叠轧道次的增加而不断的细化和均匀化,其中β(Ni)相颗粒的形状由不规则条状、球状和类球状转变为规则条状、纤维状和少量类球状,颗粒尺寸也随着大塑性变形的不断深入进行而不断变小,同时在α(Ag)基体中分布更加弥散。
⑸采用UASF快速凝固技术和ARB大塑性变形技术两种新型优势技术组合工艺已成功制备了AgNiCu15-5超细晶材料。通过设备改进和工艺的进一步优化,UASF+ARB工艺制备超细晶材料是可行和有效的。