TiC含量对SPS制备TiC/Cu复合材料力学与摩擦学性能的影响

作者：李雪伍; 陈朝鹏; 尹艳丽; 邢志国; 于鹤龙^*

来源：材料工程, 2023, 1-14.

• 铜基复合材料
• 放电等离子烧结
• 微观结构
• 力学性能
• 摩擦学行为

采用等离子烧结技术（Spark Plasma Sintering，简称SPS）制备了不同质量分数碳化钛(TiC)颗粒增强的铜基复合材料，研究了不同烧结温度和TiC含量的铜基复合材料的微观结构，考察了TiC含量对铜基复合材料电导率、纳米力学性能、显微硬度、拉伸性能和摩擦学行为的影响。结果表明：850℃烧结得到的TiC/Cu复合材料组织致密，增强体和基质相结合良好。一方面，随着TiC含量的升高，TiC/Cu复合材料中的铜基质相的晶粒不断得到细化，晶界密度升高，导致复合材料的硬度和屈服强度升高。另一方面，TiC含量的增加逐渐导致增强体和基质相的结合界面出现孔隙和裂纹，并成为应力集中和裂纹形成的首选位置，造成复合材料电导率、抗拉强度和伸长率的下降。TiC含量为5%～15%时，复合材料的抗拉强度、弹性模量和屈服强度较高，硬度适当，综合力学性能较好。当TiC含量超过20%时，TiC/Cu复合材料的屈服强度大幅降低，复合材料断裂机制由韧性断裂转为脆性断裂。TiC增强体显著改善了铜基复合材料的摩擦学性能，摩擦过程中复合材料摩擦因数和磨损量随载荷增大呈线性增加，并随TiC含量的升高呈降低趋势。在TiC含量为20%时，复合材料具有最高的耐磨性和最低的摩擦因数，其磨损机制以磨粒磨损为主，且伴随轻微粘着磨损和氧化磨损。

• 单位
  中国人民解放军装甲兵工程学院; 西安科技大学