纯铜渗铝工艺及其表面性能的研究

【摘要】铜及其合金是既传统又现代的重要金属材料，铜合金外表美观，并且具有优良的导电导热性能以及机械加工性能，因而广泛应用于现代工业领域。铜合金零件成本高，在实际生产生活中磨损、腐蚀都是其失效报废的主要原因，因此表面改性是延长铜合金零件使用寿命、降低其使用成本的有效途径。铜合金表面处理的方法有很多，如铸渗法、表面内氧化法、热喷涂技术、离子渗钛技术等。本文将采用固体粉末渗铝法，在纯铜表面渗入铝元素，研究渗铝机理，提出合理的生产工艺方案以提高铜材料表面耐磨性、硬度以及耐腐蚀性能。纯铜表面渗铝是建立在元素的扩散和一系列化学反应的基础上而发生的表面合金化过程。电阻式坩埚炉和粘土密封的坩埚为渗铝所需必要设备，粉末渗剂中包括纯铝粉、氧化铝粉末（主要起填充作用）和氯化铵（催渗作用）。通过正交试验以及试样宏观形貌分析，得出初步的试验方案。通过电子显微镜点线面扫描以及XRD衍射分析，确定渗剂中铝元素的含量将影响渗铝层中相的组成，渗层中存在有助于提高材料综合性能的α-Cu和相以及起强化作用的Al2O3。合金化层由内到外组成为：铜基体-Cu(+)或者+(+γ1)相(弥散分布Al2O3)表面沉积铝。由宏观和微观组织形貌共同确定最佳工艺条件为：加热温度800℃900℃，保温23小时，渗剂中铝粉含量为40%，催化剂含量至少为2%，渗铝层显微组织均匀，厚度约为1mm，烧结层相对较薄，表面无烧损。通过对渗铝铜和纯铜的磨料磨损试验分析，在相同磨损条件下，渗铝铜的磨损量仅为纯铜的磨损量的1/21/3，在高载荷高摩擦系数的条件下，渗铝铜的耐磨性优于纯铜更为显著。渗铝剂中铝含量为40%45%时，所生产的渗铝铜耐磨性能最佳。通过对渗铝铜合金化层显微硬度的测试，渗铝层的显微硬度为110HV左右，约为纯铜的两倍，由基体向外表面显微硬度呈增加趋势，沉积层硬度可达190HV。采用三电极体系进行电化学腐蚀测试，对极化曲线进行Tafel分析，800℃-2.5h-2%-40%渗铝铜具有最佳的耐腐蚀性,其极化腐蚀电位为-0.34V，高于纯铜的-0.57V，腐蚀电流密度为5.62Acm-2低于高铝渗铝铜的6.92Acm-2和低铝渗铝铜的7.41Acm-2，渗铝铜的耐腐蚀性能相对于纯铜有一定程度的提高。
【作者】吕一鸣；
【导师】王强；
【作者基本信息】吉林大学，材料加工，2014，硕士
【关键词】渗铝铜；表面性能；耐磨损；耐腐蚀；

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