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石墨/铝复合材料是一种优良的自润滑材料,与传统的铜基、铅基、锡基自润滑材料相比,具有轻质、耐磨性好、环保无污染等优点,具有广泛的应用前景。本文首先通过数值模拟的方法对石墨骨架结构进行了优化设计,然后再通过选择性激光烧结将细鳞片石墨制备成石墨骨架,进而再与铝合金基体复合,从而制备出石墨/铝基自润滑复合材料。本论文还研究了石墨骨架的浸渍强化工艺以提高石墨骨架的整体强度;研究了骨架表面电镀铜工艺,以改善石墨与铝的润湿性;并对材料的摩擦性能进行研究。 利用ANSYS对石墨骨架结构及石墨含量进行模拟优化。骨架结构优化:蜂窝结构在压力及拉力载荷下均表现出较小的应力及变形,表现出更好承载能力,力学性能最优。石墨含量优化:在X向拉力载荷作用下,最大变形量及最大等效应力均随石墨含量的增大呈线性增加。Z向压应力作用下表现出同样的规律,且在石墨含量为10%时出现突变,最大等效应力值增加明显。当石墨含量为10%时复合材料具有较小的最大变形量及最大等效应力值,能够保证较好的力学性能,承受更大的载荷作用。 研究了石墨骨架浸渍强化工艺,结果表明:浸渍树脂能明显提升石墨骨架强度,且随着浸渍次数的增加强度随之增加。当以环氧树脂/酚醛树脂作为浸渍剂时,最佳的浸渍工艺参数为:固化温度140℃、固化时间80min。且当酚醛树脂/环氧树脂(质量比)=60%:40%,骨架的浸渍强度最高。SEM结果显示:浸渍树脂可以有效填充石墨骨架的孔隙,且随着浸渍次数的增加孔隙率越低;2200倍扫描电镜结果显示,随着浸渍次数的增加,树脂的网状结构面积更大,对石墨骨架的强化效果越好,上述浸渍骨架网状孔洞最小,形成的组织更为密实,最大程度上增加了石墨骨架的强度。 通过正交试验研究了不同工艺参数对石墨骨架电镀镀铜效果的影响,各个参数主次顺序为电镀时间>电镀温度>硫酸铜浓度>电流大小,最佳工艺参数为电镀温度20℃、硫酸铜浓度100g/L、电镀时间30min、电流值0.7A。在该工艺参数下石墨骨架的镀铜含量(20.09%),镀铜层厚度(110.17px)均为最大值,得到的镀铜层均匀一致。 摩擦性能研究:复合材料的摩擦系数(0.32)明显低于铝合金基体的摩擦系数(0.66),表现出优异的自润滑性能;复合材料的摩擦系数随正向载荷的增加而增大,随石墨含量的增加呈减小后增大的趋势;当石墨含量为10%时,复合材料的自润滑性能最佳。