硅化钼增强铜基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究

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电子、机械、航空航天等工业的发展迫切需要开发具有良好导电性、导热性、耐磨性,且力学性能优良、价格适中的功能材料以提高部件的连续运转性能,减少频繁更换部件所带来的直接和间接损失。当前所用的铜合金由于承载质点少耐磨性较差,在高温条件下会逐渐丧失弥散强化效果,同时合金化所带来的电热传导性能恶化的问题始终没有得到很好的解决。而颗粒增强铜基复合材料保持了铜优良的导电导热性能,增强物的加入还赋予材料高的力学摩擦磨损性能,所以对颗粒增强铜基复合材料进行深入研究可望开发出新一代高传导高耐磨的功能材料。本文采用高频原位反应法和熔渗法制备了硅化钼增强铜基复合材料,在此基础上分析了复合材料的微结构,进行了干滑动摩擦磨损试验,完成的主要工作如下:从热力学的角度出发,分析了硅化钼颗粒在铜基体中原位生成的热力学条件,并用电解铜、工业纯Si、Mo粉为原料,通过高频加热的方法制备硅化钼增强铜基复合材料。以铜粉,工业纯二硅化钼粉为原料,采用熔渗法通过控制熔渗温度,熔渗时间制备硅化钼增强铜基复合材料。通过光学显微镜、EDS、XRD和SEM等对复合材料进行了金相组织、显微结构分析;原位复合材料的金相组织中弥散分布着Mo3Si颗粒,由于有氧气的存在,在实验条件下参与反应生成SiO2;熔渗法制备的材料中由于压坯中残余氧气存在,二硅化钼发生分解生成Mo5Si3颗粒弥散分布于基体当中,同时伴有少量的SiO2,形状不规则,大小不等,界面清晰;较低的熔渗温度和较低的MoSi2的含量有利于铜基复合材料增强相的细化。在较高的熔渗温度下,增强相颗粒出现颗粒聚集现象,温度越高,增强相分解趋势越大。增强颗粒的加入能够很好改善基体的力学性能,Mo5Si3颗粒对基体有良好的增强作用,提高复合材料的硬度。熔渗温度高的材料致密度比温度低的高,说明温度高可以增加材料的致密度。利用销—盘式摩擦磨损试验机研究了熔渗法制备硅化钼增强铜基复合材料的干滑动摩擦磨损性能。结果表明,由于Mo5Si3增强颗粒的加入很大程度上提高了复合材料的硬度和耐磨性能,并且随着含量的增加,摩擦系数和磨损量降低。随着载荷的增加,复合材料的摩擦系数升高,铜基复合材料的磨损机制主要是粘着磨损,在温度高的情况下,Mo5Si3增强颗粒的加入能有效防止基体软化,降低粘着趋向,表现出良好的耐磨性能。
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