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当今时代,随着科学技术的迅猛发展,人类对海洋、太空等各种未知领域的探索,显示出了极大的兴趣和紧迫性。因此对金属基复合材料的性能要求越来越高,这促进了金属基复合材料的研究。由于颗粒增强铝基复合材料具有低密度、高强度和强耐磨性等众多优点,引起了各国学者的极大关注。
铝基石墨自润滑复合材料具有优良的抗摩擦性和自润滑性能,因此具有广阔的应用前景。本试验对铝基石墨自润滑复合材料的制备工艺进行了系统的研究。通常,工程上制备石墨增强铝基复合材料是比较困难的,因为石墨粉的密度低,其与铝的润湿性差,导致石墨颗粒漂浮、团聚和分离等现象。最终,导致石墨颗粒在复合材料中分布不均匀。
本试验对石墨粉进行化学镀铜处理。研究了敏化液、活化液、硫酸铜、醋酸的浓度和用量及施镀时间、温度和搅拌速率对石墨表面镀层性能及镀铜量的影响。本试验采用改进的座滴法,利用自制的真空测量接触角的设备精确地测量了改性前后铝与石墨试样片的接触角变化,研究了石墨颗粒与铝的润湿性。结果显示,石墨颗粒经表面镀铜后,其与铝的润湿角从135°减小到78°,极好的改善了石墨颗粒与铝熔体的润湿性。
本试验制备复合材料采用了经济实用,且能大规模工业化生产的机械搅拌铸造法。同时对搅拌温度、搅拌时间、搅拌速率和表面镀铜石墨颗粒的加入量等工艺参数进行了研究。通过试验,我们发现当温度控制在720℃,搅拌速度1200r·min-1,搅拌时间6min时,制备的复合材料孔隙率低且石墨分散较为均匀。
利用SEM、EDX、拉伸试验等分析手段对制得的复合材料进行了形貌分析,并对制备的铝基石墨自润滑复合材料进行了耐磨性和抗拉强度测试。结果表明,抗拉强度和耐磨性随石墨质量百分数的增加而提高;与含镀铜石墨粉2%(mass)的复合材料相比,含镀铜石墨粉8%(mass)的复合材料的磨损率降低了50%;铝基石墨自润滑复合材料的拉伸断裂属于韧性断裂;含镀铜石墨粉8%(mass)的复合材料抗拉强度比纯铝提高了200%。