梯度铜石墨自润滑材料及摩擦性能研究

论文摘要

论文以将梯度材料引入铜石墨自润滑材料为主线，研究了从材料设计、制备、性能到摩擦磨损全过程的关键技术问题，工作及结果如下： 1．研究在石墨粉末表面镀覆Ni-P梯度层 在石墨粉末表面镀覆了Ni-P镀层，镀层和石墨结合良好，在烧结过程中没有发生熔化和团聚，对石墨形成的良好包覆在烧结温度下没有发生破坏，铜在Ni-P镀层表面形成了良好的铺展，镀层与基体组织结合良好。设计了梯度镀覆工艺，实现了Ni-P镀层中镍、磷组分的梯度分布，解决了石墨表面镀层不同部位需要不同磷含量以满足不同使用目的的矛盾。梯度镀覆工艺同时解决了石墨粉末表面化学镀镍过程中，石墨粉末巨大的比表面积所导致的镀液分解失效的难题。 2．在铜石墨自润滑材料中形成梯度分布 针对铜石墨自润滑复合材料的摩擦磨损特性，提出了在摩擦材料中实现梯度性能分布的观点，设计了使铜石墨自润滑材料形成梯度分布的定向熔化梯度法工艺，实现了铜、石墨组元的梯度分布。定向熔化梯度法的特点在于，能使实际梯度曲线始终逼近要求的梯度场曲线分布，可满足材料结构优化设计的要求，层与层之间没有物质组分的突变，消除了层与层之间的薄弱环节。 3．实现了铜石墨自润滑材料的氧化烧结 设计了氧化活化烧结工艺，研究了氧化活化烧结过程中物质迁移的物理化学过程。采用氧化活化烧结，金属基体联结成了三维连续网络，解决了石墨含量较高时，铜石墨自润滑材料的烧结难的问题。氧化活化烧结过程中，铜石墨自润滑复合材料在720℃——920℃的烧结温度范围内均能形成良好烧结，但机械性能在760℃出现最大值，在此温度进行烧结，铜石墨自润滑复合材料可以形成最佳烧结。 4 研究了铜石墨材料的自润滑摩擦性能 铜石墨自润滑材料摩擦过程中，石墨润滑膜的逐步形成，导致摩擦系数降低，石墨润滑膜的延伸铺展是摩擦系数降低的主要原因。铜石墨自润滑复合材料中，石墨含

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义和背景
• 1.2 功能梯度材料设计
• 1.3 功能梯度材料的制备方法
• 1.3.1 构造法制备功能梯度材料
• 1.3.2 传输法制备功能梯度材料
• 1.4 粉末梯度预制块的制备
• 1.5 粉末功能梯度材料的烧结致密
• 1.5.1 固相烧结
• 1.5.2 液相烧结
• 1.6 梯度材料在摩擦磨损领域的应用
• 1.6.1 梯度材料使金属材料兼顾强度和自润滑性
• 1.6.2 梯度材料使金属材料兼顾韧性和耐磨性
• 1.6.3 梯度材料改善硬质合金工具材料的耐磨性
• 1.6.4 梯度材料增强表面耐磨层与基体的结合
• 1.6.5 梯度材料改善耐磨层自身的摩擦性能
• 1.7 本论文的主要研究内容
• 1.8 小结
• 第二章 石墨表面镀覆Ni-P梯度镀层的研究
• 2.1 引言
• 2.2 化学镀Ni-P及相关影响因素简述
• 2.2.1 化学镀Ni-P机理
• 2.2.2 Ni-P化学镀层的微观结构
• 2.2.3 影响镀覆过程的因素及作用
• 2.2.4 磷含量对镀层性能的影响
• 2.3 梯度镀层的设计思想
• 2.4 梯度镀覆过程控制参数的确定
• 2.5 梯度镀覆工艺原理
• 2.6 石墨粉末的镀前处理
• 2.7 镀液的配制及镀覆工艺过程
• 2.8 镀覆结果
• 2.9 小结
• 第三章 铜石墨粉末材料梯度分布研究
• 3.1 引言
• 3.2 定向熔化法工艺过程
• 3.3 定向熔化法梯度形成原理
• 3.4 熔化界面迁移速度的确定
• 3.5 铜石墨复合材料的梯度分布
• 3.6 定向熔化法梯度特征分析
• 3.7 小结
• 第四章 铜石墨自润滑材料的氧化烧结研究
• 4.1 引言
• 4.2 氧化烧结过程物质迁移的物理化学原理
• 4.2.1 氧化铜还原成气态铜时气态铜的平衡分压与温度的关系
• 4.2.2 气态铜原子凝结成铜时气态铜的平衡分压与温度的关系
• 4.2.3 烧结气氛中气态铜的实际分压力变化规律
• 4.2.4 氧化烧结中反应自发进行的方向
• 4.2.5 气态铜原子迁移位置及烧结颈长大机理分析
• 4.3 氧化活化烧结工艺及结果
• 4.3.1 氧化活化烧结工艺
• 4.3.2 氧化活化烧结结果及分析
• 4.4 小结
• 第五章 铜石墨自润滑材料的摩擦性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验设备及实验方法
• 5.3 试验结果及分析
• 5.3.1 摩擦系数与摩擦时间关系
• 5.3.2 载荷对摩擦系数的影响
• 5.4 小结
• 第六章 铜石墨自润滑材料的磨损特性研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验设备及实验方法
• 6.2.1 实验设备及过程
• 6.2.2 磨损量评定
• 6.3 试验结果及分析
• 6.3.1 摩擦时间对磨损量的影响
• 6.3.2 载荷对磨损量的影响
• 6.4 小结
• 第七章 全文结论
• 7.1 引言
• 7.2 研究结论
• 7.2.1 石墨表面镀覆Ni-P梯度镀层
• 7.2.2 铜石墨自润滑材料梯度的形成
• 7.2.3 铜石墨自润滑材料的氧化烧结
• 7.2.4 铜石墨自润滑材料的摩擦性能
• 7.2.5 铜石墨自润滑材料的磨损特性
• 7.3 本论文的创新点
• 7.4 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢
• 博士研究生学习期间发表的论文和奖励