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《昆明理工大学》 2009年
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大变形制备Ag/Ni纤维复合电接触材料研究

张昆华  
【摘要】:大塑性变形(强烈塑性变形)方法(Severe Plastic Defomation, SPD)是20世纪90年代在普通的挤压、轧制、拉拔、扭转等传统塑性加工方法基础上发展起来的一种新型材料加工技术。与传统压力加工正应变全塑性理论不同,材料在大塑性变形时主要受到的是切应力,产生切应变。大塑性变形技术具有强烈的晶粒细化能力,可以直接将材料的内部组织细化到亚微米乃至纳米级,从而提高材料的各项性能。已被国际材料学界公认为是制备块体纳米晶材料和超细晶材料的最有前途的方法。 Ag/Ni属于液态组元间有限溶解、固态组元间不互溶的二元合金体系,目前主要采用粉末冶金技术制备Ag/Ni材料,严重制约了Ag/Ni系列新产品的开发和应用。本博士学位论文采用多次包覆挤压—拉拔、集束挤压—拉拔等大变形技术制备出复合度(挤压次数)分别为复合度1、复合度2、复合度3、复合度4的Ag/Ni20纤维复合电接触材料。通过扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、透射电镜(TEM)等分析手段,拉伸实验、电阻率测量、触点成型机、触点直流实验机等实验测试方法,对不同复合度Ag/Ni20纤维复合电接触材料的显微组织结构、力学性能、电学性能、触点成型过程、触点直流特性及电弧侵蚀形貌等进行了系统研究和分析,取得了以下主要研究结果: 通过SEM观察大变形Ag/Ni20纤维复合材料显微组织,获得其演变规律为:随复合度的增加,材料中原始的增强体Ni相发生纤维细化、断裂、球化或颗粒化等过程,最后演变成短纤维和颗粒状的混合结构。大多数纤维厚度小于200nm,颗粒的尺度在180~300nm。 TEM分析结果表明:Ag/Ni20纤维复合材料经过大变形加工,材料内部形成具有小角取向的位错塞积带亚结构和带状亚晶结构。随复合度的增加,部分亚晶界向大角晶界转变。在复合度4的实验样品中,发现Ag、Ni发生明显的互扩散,在Ag晶粒、Ni晶粒之间形成含有Ag+Ni的过渡层 大变形可提高Ag/Ni20纤维复合材料的极限抗拉强度,其最高值可达到1200MPa。极限抗拉强度与大变形的真应变参数η、增强相Ni的体积分数、增强体Ni相的微观组织结构有关;随材料变形的真应变量增加、Ni含量增加而提高;并与大变形时材料真应变、增强体Ni相呈Hall-Petch关系;与组元体积分数符合混合定则规律,可以通过位错强化模型进行定性描述。论文参照形变Cu/Nb原位复合材料的强度计算模型,结合材料的显微组织结构分析,建立了Ag/Ni20纤维复合材料强度的数学模型,根据数学模型得到的材料计算强度与实验测量强度基本吻合。 论文用四点法测定了不同条件下、不同复合度Ag/Ni20纤维复合材料的电阻率。结果表明,电阻率随着真应变的增加而增大,与Ag相厚度呈Sondheimer关系,电阻率提高的原因主要是位错塞积和界面散射。建立了复合度1的Ag/Ni20纤维复合材料电阻率数学模型,计‘算值与实验测量值的变化趋势相同。 通过分析Ag/Ni20纤维复合材料触点的SEM显微结构,建立了触点5应变区域模型,通过分析计算各区域的应力、应变状态和变形量表明:其中1区域、3区域以拉伸变形为主,2区域以压缩变形为主,4区域发生偏转,5区域基本没有变形。 Ag/Ni20纤维复合材料触点在直流17V、15A,阻性负载条件下为典型的阳极电弧。阳极材料向阴极转移,最终在阳极表面形成凹坑,而阴极表面形成明显的凸峰。Ag/Ni20纤维复合材料触点的电弧特性取决于触点的材料和极间电压。触点电弧侵蚀形貌存在浆糊状凝固物、珊瑚状结构、骨架结构、孔洞或气孔、裂纹等多种特征形貌。
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TB331

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