C/B/Cu-Al基自润滑材料的制备及其摩擦学性能的研究

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石墨/铝基复合材料是一种性能优良的自润滑材料,具有良好的耐摩擦性能、较高的比强度和优良的环保性能,因此拥有广阔的发展前景。但石墨与铝的润湿性能差,制备工艺复杂。且在摩擦过程中,石墨/铝基复合材料表面形成的石墨润滑膜与基体结合力差,容易团聚与脱落,影响其润滑性能。本文通过水(溶剂)热法制备C/B/Cu复合材料,搅拌铸造法制备C/B/Cu-Al基自润滑材料。采用XRD、SEM、Mapping、TEM、金像组织观察、力学性能试验、摩擦磨损性能测试等方法对其分析。结果表明:C/B/Cu复合材料有效改善了铝基复合材料的润滑性能,克服了石墨/铝基复合材料的上述缺点,同时对铝合金基体有一定的细化效果,提高了其力学性能。针对石墨颗粒与铝溶液润湿性差的难题,开展了水(溶剂)热法制备C/B/Cu复合材料的研究。重点考察石墨与乙酸铜的摩尔比、反应溶剂种类和反应温度对复合材料合成效果的影响,确定C/B/Cu复合材料合成反应的最佳工艺。通过XPS分析在最佳工艺条件下制备的复合材料,结果显示材料表面含碳元素与含铜元素的原子个数比为2.37,质量比为0.59。系统研究C/B/Cu-Al基自润滑材料的制备工艺,确定了最佳的制备工艺参数,制备了C/B/Cu复合材料含量不同的铝基复合材料。通过显微组织观察发现,C/B/Cu在铝基体中的分布均匀,没有出现类似石墨在中铝液中的团聚现象;由于C/B/Cu与Al基体的结合性能好,且有一定的细化效果,可提高材料的力学性能,加入3wt%C/B/Cu后的抗拉强度和延伸率分别比加入相同含量石墨时高10.8%和14.3%。随着C/B/Cu复合材料含量的增加,C/B/Cu/Al基复合材料的摩擦性能获得显著改善。在转速为200r/min,载荷为10kg的干滑动摩擦条件下,加入3wt%C/B/Cu的复合材料稳定后摩擦系数为0.29。加入3wt%C/B/Cu后,试样磨损率比加入相同含量石墨时低15.5%。通过对C/B/Cu/Al基自润滑材料摩擦表面SEM分析,确定摩擦表面形成了由Fe的氧化物、C/B/Cu以及少量Al的氧化物形成的固体润滑膜。随着C/B/Cu含量的增加,这层润滑膜铺展面积增大,减少了黏着磨损和磨料磨损。
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