cu-ni合金枝晶偏析的分析與控制

cu-ni合金枝晶偏析的分析與控制

cu-ni合金也稱(chēng)為普通白銅，通常通過(guò)精煉法獲得。在固態(tài)下,銅和鎳無(wú)限互溶,因此Cu-Ni合金的室溫組織為單相a固溶體。Cu-Ni合金具有較好的強(qiáng)度和優(yōu)良的塑性,廣泛應(yīng)用于船舶儀表零件、化工機(jī)械零件和醫(yī)療機(jī)械等領(lǐng)域。由于銅的熔點(diǎn)(1038℃)和鎳的熔點(diǎn)(1453℃)相差很大,因此,用熔煉法制備的Cu-Ni合金,都會(huì)產(chǎn)生枝晶偏析現(xiàn)象。枝晶偏析對(duì)材料的機(jī)械性能、抗腐蝕性能和工藝性能都不利,生產(chǎn)上必須采用擴(kuò)散退火來(lái)消除。而金屬粉末共滲工藝可以杜絕枝晶偏析的產(chǎn)生,本文采用粉末冶金法制備了銅鎳合金并研究了其性能。1、銅、銅、銅的制備1.1試劑的選擇試驗(yàn)用材料為精煉銅粉和鎳粉(純度均大于99.9%,粒度均為50~60μm),實(shí)驗(yàn)用試劑為:硫酸鎳,丙酮,碳酸鈉,重鉻酸鉀,硫酸,氫氧化鈉,氨水,磷酸鈉,氯化亞錫,枸櫞酸鈉,次亞磷酸鈉,鹽酸等,均為分析純。1.2銅鎳合金粉的制備本實(shí)驗(yàn)使用兩種方法獲得制備合金的粉末,一是采用機(jī)械混合法,二是采用化學(xué)鍍法在銅粉末上沉積單質(zhì)鎳獲得冶金用的粉末;(1)機(jī)械混合法:通過(guò)球磨機(jī)制備樣品1#(30m%Cu+70m%Ni),2#(50m%Cu+50m%Ni),3#(70m%Cu+30m%Ni)化學(xué)鍍法制備銅鎳合金粉:電解銅粉(99.9%-200目)25g/1,鍍液成分:硫酸鎳25g/l,次亞磷酸鈉30g/l,醋酸鈉20g/l,乳酸4g/l,丙酸2g/l,添加劑氨水(26%~28%)、鹽酸(1.18g/cm3),溫度85℃,保溫時(shí)間30min。工藝流程為:粉末預(yù)處理→配制鍍液→施渡→鍍后清洗→干燥→氫還原,獲得的粉末用來(lái)制備樣品4#。1.3裝粉壓片加磨具程序把混好的銅鎳合金粉末依次壓片,過(guò)程為:裝粉→壓片→取下磨具→取出樣品→擦洗模具→壓下一個(gè)片。加壓為:20MPa,時(shí)間2min。1.4阻爐中燒結(jié)試樣把壓好的銅鎳合金片用石墨粉包好放入箱式電阻爐中燒結(jié)。每種樣品取一個(gè)試樣在不同溫度下燒結(jié)。按編號(hào)把樣品分為三組燒結(jié),分組、樣品號(hào)、燒結(jié)溫度、保溫時(shí)間如表1所示。2、性能試驗(yàn)2.1添加銅鎳合金粉后未燒結(jié)表面形貌(1)機(jī)械混合粉末冷壓片表面形貌a、b、c、d、e、f、g、h分別是1-2冷壓片、1-3冷壓片、2-1冷壓片、2-2冷壓片、2-3冷壓片、3-1冷壓片、3-2冷壓片的表面形貌(2)化學(xué)鍍復(fù)合粉末壓片后未燒結(jié)表面形貌i、j、k分別為4-1冷壓片、4-2冷壓片、4-3冷壓片的表面形貌從圖2和圖1中可以看出,化學(xué)鍍制備的銅鎳合金粉的流動(dòng)性低于機(jī)械混合粉末,而且鎳粉包覆在銅粉表面,光亮性比機(jī)械混合粉末要高。2.2試驗(yàn)過(guò)程中鐵鎳合金粉末的密度和硬度粉末燒結(jié)前后質(zhì)量、厚度、直徑、體積、密度如表2所示。密度隨銅含量的增加而增加,但燒結(jié)后其密度卻連續(xù)變小;化學(xué)鍍制備的銅鎳合金粉末的密度比機(jī)械混合的粉末密度小的多,且在燒結(jié)前后變化不大。圖4表面,機(jī)械混合粉末冷壓片硬度隨銅含量的增加而減小,燒結(jié)后硬度為2#(50m%Cu+50m%Ni)最大;化學(xué)鍍制備的銅鎳合金粉末的硬度燒結(jié)后大幅減小。2.3燒結(jié)鎳顆粒的擴(kuò)散過(guò)程圖4表明,在910℃時(shí),樣品燒結(jié)后密度都減到最小,此后,隨溫度升高,密度提高,說(shuō)明溫度提高,孔隙變大但孔隙數(shù)量減少。這是由于在燒結(jié)過(guò)程中,鎳向銅中單向空位擴(kuò)散,在原鎳顆粒位置形成孔隙,燒結(jié)溫度越高,顆粒內(nèi)原子擴(kuò)散系數(shù)越大,擴(kuò)散程度越高,燒結(jié)進(jìn)行的越迅速,空位聚集形成的孔隙也越大。小孔隙聚集變成大孔隙,孔隙數(shù)量減少。而燒結(jié)金屬的晶粒長(zhǎng)大過(guò)程,一般就是通過(guò)晶界移動(dòng)和孔隙消失的方式進(jìn)行的。圖5中的硬度變化顯示,溫度高于910℃后,基本都減小,這說(shuō)明當(dāng)孔隙增大后,材料硬度會(huì)減小。3、銅鎳合金燒結(jié)密度(1)使用機(jī)械混合法,銅含量的增加使銅鎳合金的密度隨之增加,但是銅鎳合金的密度都遠(yuǎn)小于它們各自的量的增加,不斷降低。銅鎳合金燒結(jié)后的硬度隨著銅含量的增加而增加。燒結(jié)溫度升高后(>910℃),密度升高,硬度下降。(2)化學(xué)鍍法制備銅鎳合金粉末燒結(jié)后,密度小于燒