Study on the Process, Microstructures and
Performance of Copper-base Surface
Composite by Casting Sintering Technique
A Dissertation
Submitted for the Degree of Master
On Machinery Manufacturing and Automation
by TanShaoWu
Under the Supervision of
Prof.LongWenYuan
College of Aeronautical Manufacturing Engineering
Nanchang Hangkong University, Nanchang, China
June.2015
南昌航空大学硕士论文 摘要
摘 要
现代工业生产中，机械设备往往要长期处在一个比较恶劣的工作环境下工
作。机械零部件很容易发生磨损，腐蚀。导致机械设备失效，企业损失严重。所
以要求机械设备材料具备很高的耐磨损，耐腐蚀,耐高温能力，能应用在恶劣的
工作条件下。改变材料表面性能，是防治这个问题发生的最好的方法。表面改性
方法到目前为止已经有很多，其中包括：热喷涂，激光熔覆，电镀，热扩渗，化
学渗，铸渗等方法。铸造烧结法是一种用于制备金属基表面复合材料的新技术，
具有工艺简单，节省材料，大热流密度，烧结时间短等优点，所制备的金属基表
面复合材料工件具有优良的综合性能。
本文分别采用了自熔性Ni60 合金粉末，自熔性Cu 粉，自熔性Cu 粉+Al 粉
+CuO 粉等合金体系浇注纯铜熔液进行铸造烧结工艺的探索，探索了不同合金粉
末烧结体系及工艺参数对铜基表面铸造烧结复合层形成的影响。采用光学显微
镜、扫描电镜、能谱仪、X 衍射仪等微观分析手段对铸造烧结复合层的微观组织、
物相的组成、分布及形貌、烧结层与基体的结合情况等进行了分析。同时还研究
了添加Al O 增强颗粒对铸造烧结复合层的组织和性能的影响。研究结果表明：
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1）铜基合金粉末整体烧结效果不太好，加入 1%Al+4% CuO 反应体系可以在
一定程度上改善铜基合金粉末的烧结效果，进一步提高Al+CuO 反应体系的加入
量，由于反应剧烈，反而会降低烧结层与基体的结合效果和烧结层的致密度。在
自熔性铜基合金粉末中加入Al O 会使其与试样的界面结合强度降低，而烧结层
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的孔隙也越来越多，致密化程度不断降低，但是其硬度随着Al O 的增加而增加。
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2 ）镍基表面烧结层能与基体表面实现冶金的结合，烧结层具有较高的强度
和致密度，铸造烧结效果明显好于自熔性铜镍基表面烧结层。镍基表面烧结层明
显分为两层：外层为Ni60/Al O 复合层,内层为扩散层。复合层相组成主要是Ni
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基固溶体，硬质相硼化物CrB，金属间化合物Cr Ni 。
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3）Ni60-Al O 烧结得到的复合材料硬度相对于基体材料都有了比较明显的
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提高。加入Al O 含量 10%时硬度达到最大。复合层Al O 含量 10%时导热系数最
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