轧制粉末ag_cu双金属材料的研究_曾德麟

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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、ZnSb Cu粉.PbNiSnFo

5、BIA、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

6、火 均在H: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

7、:) 1 JJCXA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 0xl.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

8、0 %)大于复兀(2 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一1

9、0 0一1101 02一1 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

10、 者,这与表面硬度的差 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(

11、负扮5 0目,kg/m mA.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99一110 99一1 041 0410299一1 07 99一1 071031015 5 0退火纵断面 横断面63一7 0 59一66676364一69 61一6867 64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

12、金属的断而积S二51+S,。由手 册查到(;、(Ag)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

13、,1.,一_皿、 、竺丝些竺望匕兰(kg/m mZ)(%)率冲(%)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

14、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

15、,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,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

16、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