铜钢复合板材的组织和性能研究(附件)【字数：13301】
摘 要摘 要铜/钢复合板结合了铜的高导电性、强耐蚀性、外表美观的优点,也具有钢的高强度、低成本的优点。铜/钢复合材料优越的性能与其微观结构密切相关。本文分别以轧制工艺以及粉末冶金工艺制备的两种铜/钢复合板材为研究对象，通过扫描电镜、蔡司显微镜、显微硬度计、万能试验机等仪器研究两种铜/钢复合板材的金相组织、复合层宽度、扩散分析、断面形貌。测出其性能参数包括硬度、抗拉强度以及人工海水中的腐蚀数据。实验结果表明粉末冶金法制备的铜/钢复合板复合层硬度在131HV－149HV之间。试样钢侧断裂方式为塑性断裂，铜侧为脆性断裂，抗拉强度约为285Mpa。人工海水中的腐蚀电位为-0.822V，腐蚀电流是1.321×10-5A，失重腐蚀速率为16.08%。轧制法制备的铜/钢复合板复合层硬度在70HV－80HV之间。试样的断裂方式为塑性断裂，抗拉强度约为386Mpa。人工海水中腐蚀电位为-0.543V，腐蚀电流是1.753×10-5A，失重腐蚀速率为10.83%。关键词铜/钢复合板；微观组织；力学性能；腐蚀试验
目 录
第一章 绪论 1
1.1 金属复合板 1
1.1.1简介 1
1.1.2金属复合板的性能特点 2
1.1.3金属复合板的生产应用 4
1.2铜/钢复合材料的主要制备工艺 5
1.2.1 固固相复合法 6
1.2.1.1 轧制复合法 6
1.2.1.2 爆炸复合法 6
1.2.1.3粉末冶金法 7
1.2.2 固液相复合法 7
1.2.2.1 电镀法 7
1.2.2.2 连铸连轧复合法 7
1.3铜/钢复合板的界面结合理论 8
1.4课题的研究意义及主要研究内容 8
1.4.1 课题的研究意义 8
1.4.2 课题的主要研究内容 9
第二章 实验方案及实施 10
2.1实验材料与设备 10
2.1.1实验材料 10
2.1.2实验设备及仪器 10
2.2铜/钢复合板组织性能研究技术路线 10
2.3铜/钢复合板试样制备 11
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
2.3.1用于金相分析、成分检测及硬度测试的试样制备 11
2.3.2拉伸试样制备 12
2.3.3腐蚀实验试样制备 12
2.4铜/钢复合板组织性能研究 13
2.4.1铜/钢复合板金相组织观察 13
2.4.2铜/钢复合板SEM分析 13
2.4.3铜/钢复合板硬度测试 14
2.4.4铜/钢复合板拉伸试验 14
2.4.5电化学腐蚀试验 15
2.4.6静态失重试验 15
第三章 铜/钢复合板的组织结构分析 16
3.1 SEM扫描电镜分析 16
3.1.1 轧制工艺制备的铜/钢复合板 16
3.1.2 粉末冶金工艺制备的铜/钢复合板 18
3.2 金相组织分析 20
3.3 Cu、Fe元素扩散分析 21
3.4 本章小结 22
第四章 铜/钢复合板的性能测试 23
4.1 显微硬度测试 23
4.2 拉伸试验与分析 24
4.2.1 粉末冶金复合板的拉伸试验分析 24
4.2.2 轧制复合板的拉伸试验分析 27
4.3 电化学腐蚀 29
4.4 静态失重试验 29
4.5 本章小结 30
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 金属复合板
1.1.1简介
随着现代工业生产科学技术的飞速发展，涌现出了各种工业生产新工艺与新技术，各行业对材料的综合性能的需求也是越来越高。传统材料由于各方面的性能不足已经无法继续满足现代工业生产的要求[1]。虽然目前有些许材料可以满足工业生产在耐腐蚀、耐高温、耐磨损等方面的要求，但是这些材料大都都是稀有金属材料，价格都偏高，而且单一金属材料也只能满足个别力学性能的生产需求，性能表现不够全面，使用效果也不尽令人满意。甚至有些易损零件在个别特定部位只要受磨损到一定程度，整个零件就将报废，若整体采用耐磨损材料制造，这在成本方面将会是非常不经济的。在这种情况下，国内外研究人员迫切希望利用新设备、新工艺、新技术制备出比传统材料具备更优异的机械性能以及更低成本的新材料[2,3]。于是采用各种在化学性能、物理性能、力学性能等方面有着较大差异的材料进行复合制备的新材料就应运而生了。目前，复合材料已与有机高分子材料、金属材料、无机材料并称为现代四大主要材料[4]。金属复合材料的使用在我国早已是由来已久。据历史文献记载，春秋战国时期的铸剑工匠们就已明白了复合材料的优异性：为了解决武器刚度与锋利度的矛盾问题，铸剑工匠对铜、锡、铅等原料进行调配，在铸铁表面覆盖一层青铜(即铜和锡或铜和锡、铅的合金)，反复捶打后来提升其韧性，利用此种方法铸出来的宝剑不仅拥有着强度高、锋利度优异的优点，而且有着极强的耐腐蚀性，现代各类考古发掘出的各种当时的武器文物依旧保持着强锋利度就足以说明这一点。
金属复合板是工业生产中以及实际应用中最为常见应用最为广泛的一种复合材料。金属复合板的生产是由2种或者2种以上的不同金属材料利用加压或加热或是两种方法并用的生产工艺，使多种金属材料的结合界面达到良好的冶金结合状态而制备的。相比于单一金属材料，金属复合板的综合性能要全面的多、优越的多，而且在实际生产应用中又能大大降低贵金属材料的使用进而缩减生产成本，所以在各生产领域中也得到了较为广泛的应用，尤其在机械、船舶以及军事等领域表现最为突出。近代对于金属复合板的研究始于1858年的英国[5]。英国的一名锅炉工人偶然发现炉门是两种金属材料制得的金属复合板，并申请了世界第一个这方面的专利。这也拉开了对金属复合板研究的序幕，1860年美国科学家开始着手于复合材料的研发与应用，这也为国际科学家对金属复合板的研究点明了方向。在上世纪九十年代，美国等发达国的金属复合板年产量就已经达到几万吨了。我国由于当时技术条件的落后，起步发展较晚，所以在金属复合板的生产上，产量质量相比于发达国家都存在着相当大差距。随着近年来国内工业技术的进步发展，以及金属复合板本身独特的价格和性能方面的优势，国内对金属复合板的需求量是极大的。早在1988年，国内对不锈钢复合板的进口量就达到了70008000吨，而且随着经济的发展，金属复合板的需求量必将成倍的增长，这也急剧加速了我国国内对金属复合板的研究开发。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 金属复合板 1
1.1.1简介 1
1.1.2金属复合板的性能特点 2
1.1.3金属复合板的生产应用 4
1.2铜/钢复合材料的主要制备工艺 5
1.2.1 固固相复合法 6
1.2.1.1 轧制复合法 6
1.2.1.2 爆炸复合法 6
1.2.1.3粉末冶金法 7
1.2.2 固液相复合法 7
1.2.2.1 电镀法 7
1.2.2.2 连铸连轧复合法 7
1.3铜/钢复合板的界面结合理论 8
1.4课题的研究意义及主要研究内容 8
1.4.1 课题的研究意义 8
1.4.2 课题的主要研究内容 9
第二章 实验方案及实施 10
2.1实验材料与设备 10
2.1.1实验材料 10
2.1.2实验设备及仪器 10
2.2铜/钢复合板组织性能研究技术路线 10
2.3铜/钢复合板试样制备 11
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2.3.1用于金相分析、成分检测及硬度测试的试样制备 11
2.3.2拉伸试样制备 12
2.3.3腐蚀实验试样制备 12
2.4铜/钢复合板组织性能研究 13
2.4.1铜/钢复合板金相组织观察 13
2.4.2铜/钢复合板SEM分析 13
2.4.3铜/钢复合板硬度测试 14
2.4.4铜/钢复合板拉伸试验 14
2.4.5电化学腐蚀试验 15
2.4.6静态失重试验 15
第三章 铜/钢复合板的组织结构分析 16
3.1 SEM扫描电镜分析 16
3.1.1 轧制工艺制备的铜/钢复合板 16
3.1.2 粉末冶金工艺制备的铜/钢复合板 18
3.2 金相组织分析 20
3.3 Cu、Fe元素扩散分析 21
3.4 本章小结 22
第四章 铜/钢复合板的性能测试 23
4.1 显微硬度测试 23
4.2 拉伸试验与分析 24
4.2.1 粉末冶金复合板的拉伸试验分析 24
4.2.2 轧制复合板的拉伸试验分析 27
4.3 电化学腐蚀 29
4.4 静态失重试验 29
4.5 本章小结 30
结 论 31
致 谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 金属复合板
1.1.1简介
随着现代工业生产科学技术的飞速发展，涌现出了各种工业生产新工艺与新技术，各行业对材料的综合性能的需求也是越来越高。传统材料由于各方面的性能不足已经无法继续满足现代工业生产的要求[1]。虽然目前有些许材料可以满足工业生产在耐腐蚀、耐高温、耐磨损等方面的要求，但是这些材料大都都是稀有金属材料，价格都偏高，而且单一金属材料也只能满足个别力学性能的生产需求，性能表现不够全面，使用效果也不尽令人满意。甚至有些易损零件在个别特定部位只要受磨损到一定程度，整个零件就将报废，若整体采用耐磨损材料制造，这在成本方面将会是非常不经济的。在这种情况下，国内外研究人员迫切希望利用新设备、新工艺、新技术制备出比传统材料具备更优异的机械性能以及更低成本的新材料[2,3]。于是采用各种在化学性能、物理性能、力学性能等方面有着较大差异的材料进行复合制备的新材料就应运而生了。目前，复合材料已与有机高分子材料、金属材料、无机材料并称为现代四大主要材料[4]。金属复合材料的使用在我国早已是由来已久。据历史文献记载，春秋战国时期的铸剑工匠们就已明白了复合材料的优异性：为了解决武器刚度与锋利度的矛盾问题，铸剑工匠对铜、锡、铅等原料进行调配，在铸铁表面覆盖一层青铜(即铜和锡或铜和锡、铅的合金)，反复捶打后来提升其韧性，利用此种方法铸出来的宝剑不仅拥有着强度高、锋利度优异的优点，而且有着极强的耐腐蚀性，现代各类考古发掘出的各种当时的武器文物依旧保持着强锋利度就足以说明这一点。
金属复合板是工业生产中以及实际应用中最为常见应用最为广泛的一种复合材料。金属复合板的生产是由2种或者2种以上的不同金属材料利用加压或加热或是两种方法并用的生产工艺，使多种金属材料的结合界面达到良好的冶金结合状态而制备的。相比于单一金属材料，金属复合板的综合性能要全面的多、优越的多，而且在实际生产应用中又能大大降低贵金属材料的使用进而缩减生产成本，所以在各生产领域中也得到了较为广泛的应用，尤其在机械、船舶以及军事等领域表现最为突出。近代对于金属复合板的研究始于1858年的英国[5]。英国的一名锅炉工人偶然发现炉门是两种金属材料制得的金属复合板，并申请了世界第一个这方面的专利。这也拉开了对金属复合板研究的序幕，1860年美国科学家开始着手于复合材料的研发与应用，这也为国际科学家对金属复合板的研究点明了方向。在上世纪九十年代，美国等发达国的金属复合板年产量就已经达到几万吨了。我国由于当时技术条件的落后，起步发展较晚，所以在金属复合板的生产上，产量质量相比于发达国家都存在着相当大差距。随着近年来国内工业技术的进步发展，以及金属复合板本身独特的价格和性能方面的优势，国内对金属复合板的需求量是极大的。早在1988年，国内对不锈钢复合板的进口量就达到了70008000吨，而且随着经济的发展，金属复合板的需求量必将成倍的增长，这也急剧加速了我国国内对金属复合板的研究开发。
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