先进铜基自润滑摩擦材料制备与研究

论文摘要

为了满足高速滑动机械摩擦零件无油或者少油工况条件下的正常应用,高性能铜合金自润滑材料的研究不仅具有重要的科学研究意义,而且具有广泛的应用前景。石墨是应用最广泛的润滑剂之一,随着铜合金基体中石墨含量的增加,在改善自润滑性能的同时,由于其与基体润湿性不好,往往使材料的强度反而出现下降,成为制约研制具有高性能润滑材料的瓶颈问题。为解决这一问题,本文选用镀镍石墨粉代替普通石墨粉制备出铜基石墨自润滑材料,然后再进行碳纤维增强铜基石墨自润滑材料的研究,为研发高速机械摩擦零件用高性能先进自润滑材料提供理论基础和技术支撑。主要运用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、硬度计、拉伸试验机和摩擦磨损试验机等检测手段对实验制备样品的组织结构、断口形貌、力学性能、摩擦磨损性能及其相关机理进行了系统研究,实验结果表明：采用化学镀工艺,在碱性镀液、低温条件下能够有效地在石墨颗粒表面镀覆一层高镍、低磷,均匀、连续的镍镀层。而且在实验烧结温度940℃条件下,镀镍层不会脱落。镀镍石墨粉改善了与铜基体的润湿性,制备的样品比没有镀镍的石墨粉制备的样品的硬度、压溃强度值得到了提高。当石墨含量为3%时,原始石墨粉制备样品强度为116MPa、硬度为33.6HV；而镀镍石墨粉制备样品强度为151MPa、硬度为37.6HV。而且镀镍石墨粉改善了材料的摩擦磨损性能,原始石墨制备样品的摩擦系数为0.28,而镀镍石墨制备的样品摩擦系数为0.21；原始石墨制备样品磨损量为20mg,镀镍石墨制备样品磨损量为12mg。加入碳纤维后改善了材料的力学性能,随着加入碳纤维量的增多,力学性能呈现先增加后减小趋势。当添加碳纤维体积分数为11%时,制备的样品具有最好的综合性能,其硬度值为57.8HV,压溃强度值为222MPa。碳纤维具有明显改善材料摩擦磨损性能的效果,随着碳纤维含量的增加,材料的磨损程度依次减轻；当碳纤维含量达到11%时,其摩擦系数为0.09,制备的样品具有良好的自润滑性能；磨损量为4mg。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究的背景及意义
• 1.2 摩擦材料概述
• 1.2.1 摩擦材料定义
• 1.2.2 摩擦材料技术要求
• 1.3 自润滑摩擦材料概述
• 1.3.1 自润滑剂
• 1.3.2 固体自润滑摩擦材料
• 1.3.3 影响自润滑摩擦材料的因素
• 1.4 铜基自润滑摩擦材料
• 1.4.1 铜基石墨自润滑摩擦材料
• 1.4.2 碳纤维-铜基石墨自润滑摩擦材料
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料的设计
• 2.1.1 合金基体材料的设计
• 2.1.2 固体润滑相的设计
• 2.1.3 增强相的设计
• 2.1.4 其它物质的添加
• 2.2 实验流程和工艺方法
• 2.2.0 石墨表面化学镀Ni-P镀层
• 2.2.1 混料
• 2.2.2 压制
• 2.2.3 烧结气氛的选择
• 2.2.4 烧结压力的确定
• 2.2.5 烧结温度的确定
• 2.2.6 保温时间和冷却的确定
• 2.3 自润滑材料物理性能的检测
• 2.3.1 密度和孔隙率的检测
• 2.3.2 硬度的检测
• 2.3.3 径向压溃强度的检测
• 2.3.4 显微组织的观察与检测
• 2.4 摩擦磨损性能的检测
• 第3章 石墨表面化学镀覆Ni-P镀层的研究
• 3.1 引言
• 3.2 化学镀Ni-P反应机理及影响因素
• 3.2.1 反应机理
• 3.2.2 石墨化学镀镍工艺确定
• 3.3 实验工艺流程
• 3.3.1 石墨粉表面预处理工艺
• 3.3.2 石墨粉化学镀工艺
• 3.4 石墨粉化学镀镍表征分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 铜基石墨自润滑材料的制备及性能分析
• 4.1 实验工艺
• 4.2 制备样品的宏观形貌
• 4.3 石墨种类、含量变化对材料组织的影响
• 4.3.1 两种石墨高温烧结后形貌分析
• 4.3.2 复合材料组织
• 4.3.3 复合材料物相分析
• 4.4 制备样品的物理、力学性能分析
• 4.5 制备样品压溃断口分析
• 4.6 制备样品的摩擦磨损分析
• 4.6.1 铜基石墨自润滑材料润滑减摩机理
• 4.6.2 石墨表面金属化对摩擦磨损的分析比较
• 4.7 本章小结
• 第5章 碳纤维增强铜基石墨自润滑材料的研究
• 5.1 实验方法
• 5.2 纤维增强复合材料机理分析
• 5.2.1 强度的混合定律
• 5.2.2 纵向抗压强度
• 5.2.3 短纤维增强复合材料的力学性能机理
• 5.3 复合材料组织结构分析
• 5.4 压溃断口分析
• 5.4.1 断口形貌分析
• 5.4.2 断裂过程中纤维拔出的能量吸收机制和断裂模式
• 5.5 物理力学性能分析
• 5.6 摩擦磨损性能分析
• 5.6.1 磨损实验结果
• 5.6.2 磨损机理分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介