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石墨铜基石墨复合材料制备与其载流摩擦磨损性能网

收藏本文 2024-04-14 点赞:17964 浏览:74643 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:铜基石墨复合材料集合了石墨的接触润滑性好、热膨胀系数低的特点和铜的高导电率和良好延展性的特点,具有良好的导电、耐磨、耐电弧烧蚀性能,成为滑动电接触部件的理想材料,探讨其载流摩擦磨损行为可以为开发新型电接触材料提供论述支持。本论文选用化学镀法对石墨表面进行镀铜处理,采取粉末冶金工艺制备得到铜基石墨复合材料,并对复合材料的机械性能进行了探讨;在销-盘式载流摩擦磨损试验机上以铜基石墨复合材料/铬青铜为摩擦副对复合材料进行载流摩擦磨损性能的探讨,浅析单因素试验条件下石墨表面镀铜、石墨粒度、石墨含量以及滑动速度、电流密度对复合材料摩擦磨损性能的影响;通过对摩擦表面形貌的表征,探讨了复合材料在不同工况条件下的磨损机制。探讨结果如下:石墨表面镀铜能够显著改善石墨/铜界面结合状态,提升铜基石墨复合材料的密度和电导率,同时材料的布氏硬度有所降低;在载流摩擦历程中,石墨表面镀铜能够显著降低材料的摩擦系数和质量磨损率。粒度较小的石墨颗粒相较于大粒度石墨颗粒,对铜基体的割裂作用更加显著,导致材料密度、布氏硬度和电导率的降低;在载流摩擦历程中由于小粒度石墨颗粒分布均匀,能够有效连续地为摩擦表面提供润滑介质,减少电弧产生,因而具有更低的摩擦系数和质量磨损率。复合材料中石墨含量的增加,复合材料的密度、布氏硬度和电导率都随之下降;在载流摩擦历程中复合材料的摩擦系数和磨损率也随石墨含量的增加而降低,在石墨含量超过10wt%后磨损率保持在较低范围内,由本论文试验结果可得到在滑动速度为40m/s时复合材料载流摩擦磨损性能最佳的石墨含量为12.5wt%。在载流摩擦条件下,试验参数的变化引起摩擦表面粗糙度、温度和润滑状态的转变,对材料的摩擦磨损性能也造成显著的影响。复合材料的摩擦系数随滑动速度的升高而增大、随电流密度的增大而呈平稳降低的走势,而滑动速度和电流密度的增大则直接导致材料质量磨损率的升高。铜基石墨复合材料在载流条件下的磨损机制是机械磨损和电气磨损相耦合的复合磨损机制,摩擦历程中同时发生粘着磨损、磨粒磨损和电气磨损等形式的磨损;根据试验条件和磨损程度的不同将复合材料的磨损分为轻微磨损、中等磨损和严重磨损等三种磨损状态,每种状态占主导地位磨损机制不同,在轻微磨损状态石墨润滑膜在摩擦表面上起到了良好的减磨和减少电弧发生的作用,摩擦面发生轻微的粘着磨损;中等磨损状态发生较严重的粘着磨损和少量磨粒磨损和电弧烧蚀磨损;严重磨损状态发生严重的电气磨损,铜基体熔化损失、石墨脱落烧蚀,摩擦面失效。关键词:铜基论文石墨论文复合材料论文化学镀论文载流摩擦磨损论文

    摘要2-4

    ABSTRACT4-8

    第1章 绪论8-19

    1.1 引言8-10

    1.2 铜基石墨复合材料的构成与成分特性10-12

    1.2.1 铜基体的特性10-11

    1.2.2 石墨成分的特性11-12

    1.3 铜基石墨复合材料的制备12-13

    1.3.1 石墨粉的表面处理12

    1.3.2 铜基石墨复合材料的制备策略12-13

    1.4 滑动电接触材料摩擦学性能特点13-16

    1.4.1 滑动电接触材料摩擦导电特点13-15

    1.4.2 滑动电接触材料磨损机制15-16

    1.5 铜基石墨复合材料制备及其摩擦学性能的探讨近况16-18

    1.6 本探讨的作用及主要内容18-19

    第2章 试验案例19-28

    2.1 原材料的选用19

    2.2 石墨粉表面化学法镀铜19-20

    2.3 铜基石墨复合材料配比的设计20-21

    2.4 铜基石墨复合材料粉末冶金制备工艺21

    2.5 铜基石墨复合材料物理性能的测试策略21-24

    2.5.1 密度的测试策略21-23

    2.5.2 硬度的测试策略23

    2.5.3 电导率的测试策略23-24

    2.6 铜基石墨复合材料载流摩擦磨损性能的试验策略24-26

    2.6.1 试验设备24-25

    2.6.2 试验参数与试验材料的选择25-26

    2.6.3 试验策略26

    2.7 铜基石墨复合材料摩擦表面微观浅析26-28

    第3章 试验结果与浅析28-44

    3.1 镀铜石墨颗粒微观形貌浅析和铜含量的测定28-29

    3.2 铜基石墨复合材料显微组织和物理性能浅析29-33

    3.2.1 材料显微组织浅析29-30

    3.2.2 材料的密度30-31

    3.2.3 材料的硬度31-32

    3.2.4 材料的电导率32-33

    3.3 铜基石墨复合材料的载流摩擦磨损性能及摩擦表面形貌浅析33-43

    3.3.1 不同滑动速度条件下石墨镀铜和滑动速度对材料摩擦磨损性能的影响33-36

    3.3.2 不同滑动速度条件下石墨粒度对材料摩擦磨损性能的影响36-38

    3.3.3 石墨含量对材料摩擦磨损性能的影响38-41

    3.3.4 电流密度对材料摩擦磨损性能的影响41-43

    3.4 小结43-44

    第4章 铜基石墨复合材料载流摩擦磨损机制的探讨44-51

    4.1 机械磨损44-46

    4.1.1 粘着磨损44-46

    4.1.2 磨粒磨损46

    4.2 电气磨损46-47

    4.3 铜基石墨复合材料载流摩擦磨损机制探讨47-50

    4.3.1 轻微磨损状态复合材料磨损机制浅析47-48

    4.3.2 中等磨损状态复合材料磨损机制浅析48-49

    4.3.3 严重磨损状态复合材料磨损机制浅析49-50

    4.4 小结50-51

    第5章 结论51-53

    5.1 结论51-52

    5.2 进一步探讨展望52-53

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