空天环境下铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weishaohua1982
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石墨与二硫化钼均具有六方晶系的层状结构,层内原子以很强的共价键连接,层与层之间以较弱的分子键相连。因此,两者都具有良好的润滑减摩性能。本文采用热压法在氩气保护气氛下制备铜基自润滑复合材料,对制得的复合材料试样分别进行机械摩擦磨损实验和电摩擦磨损实验,测试其摩擦系数、磨损率和接触电压降等参数。用X射线衍射仪、金相显微镜、X射线光电子能谱仪、扫描电子显微镜等分析测试手段对铜基自润滑复合材料的物相、显微组织、摩擦副表面附着的润滑膜成分以及磨损表面形貌等进行观察分析。研究发现:在烧结过程中,各组元之间未发生化学反应。随着复合材料中MoS2含量的增加,复合材料的密度、硬度、抗弯强度和电阻率均呈现上升趋势;而相对密度随着MoS2含量的增加逐渐降低。机械摩擦磨损试验结果表明:在空气环境中,铜-石墨-二硫化钼复合材料具有最佳的自润滑性能;在真空条件下,铜-二硫化钼复合材料的润滑减摩性能最好,铜-石墨-二硫化钼复合材料略次之。由于空间摩擦副材料的工作环境是空气环境与真空环境的转变,所选择的摩擦材料必须在两种工作环境下都具备优异的润滑性能,所以铜-石墨-二硫化钼复合材料比较适合。铜基自润滑复合材料的基体强度与表面润滑膜的完整性是影响其润滑减摩性能的关键因素。电摩擦磨损实验结果表明:铜基自润滑复合材料的摩擦磨损性能受电流的影响很大,摩擦系数和磨损率随电流密度的增大而增大。因电流在接触面产生的焦耳热使得固体润滑膜的吸附能力变弱,在磨损过程中易脱落,加剧了磨损。当电流密度为10A/cm2和20A/cm2时,复合材料的磨损率分别是机械摩擦磨损时的2.8倍和3.7倍。由于石墨与二硫化钼在空气中的协同润滑效果,以及石墨在真空中丧失其润滑减摩性能,空气气氛下复合材料的润滑减摩性能优于真空条件下,空气环境中,复合材料的摩擦系数和磨损率较真空条件下低,润滑膜的连续完整性较高。磨损过程中形成的固体润滑膜,是由石墨与二硫化钼共同构成。空气中主要以石墨为主,随着电流密度的增加,润滑膜中石墨的含量不断减少;真空中润滑膜主要由二硫化钼构成,成分受电流密度的影响不大。接触电压降随着电流密度的变化呈非线性变化。
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