【摘 要】
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铜基石墨自润滑复合材料因其具有优异的抗磨损、耐腐蚀、耐高温等特性,作为机械装备运动零部件用材料具有广泛的应用前景和价值。然而,由于两相原子结构、原子键结合类型和化学组成差异较大,热膨胀系数不匹配,采用传统粉末冶金方法制备的铜基石墨自润滑复合材料界面可靠性差,严重制约了其在机械运动部件中的实际应用。本论文基于三维连续网络结构设计理念,在探明结构参数对自润滑复合材料整体性能和界面性能影响规律的基础上,
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铜基石墨自润滑复合材料因其具有优异的抗磨损、耐腐蚀、耐高温等特性,作为机械装备运动零部件用材料具有广泛的应用前景和价值。然而,由于两相原子结构、原子键结合类型和化学组成差异较大,热膨胀系数不匹配,采用传统粉末冶金方法制备的铜基石墨自润滑复合材料界面可靠性差,严重制约了其在机械运动部件中的实际应用。本论文基于三维连续网络结构设计理念,在探明结构参数对自润滑复合材料整体性能和界面性能影响规律的基础上,进一步通过界面润湿性能调控,实现了铜基石墨自润滑复合材料性能与可靠性的大幅提升,并系统的研究了三维连续网络结构及其工艺参数对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响规律和作用机制。获得的主要研究结论如下:1.采用粉末冶金法制备了具有不同结构参数的铜基石墨自润滑复合材料,考察了石墨粒径尺寸和基体结构对材料性能的影响规律,确定了控制材料力学性能和摩擦学性能的关键因素,提出了铜基石墨自润滑复合材料的减摩抗磨机制及优化设计准则。2.基于三维连续网络结构设计原则,铜合金三维连续网络骨架有效保持了基体的强韧性,同时第二相石墨颗粒与铜合金基体的弱界面引导裂纹偏折、分叉等耗散机制进一步改善了材料的机械性能。通过石墨粒径尺寸优化后的材料,其抗弯强度、断裂韧性和抗压强度与相同石墨含量（40 vol%）的均相铜基石墨自润滑复合材料分别提高了2.0、4.3和4.8倍。3.采用热处理的方法在石墨颗粒表面原位生成碳化铬反应层,考察了工艺参数对界面润湿层厚度和界面结合性能的影响规律。通过工艺参数优化,实现了铜基石墨自润滑复合材料的界面性能的有效调控。经过石墨颗粒表面金属化改性后的复合材料抗弯强度、断裂韧性和抗压强度分别是未经表面改性的复合材料的1.5、1.1和1.4倍。
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