石墨-銅基復(fù)合材料以其優(yōu)異的制動(dòng)效果和良好的綜合性能,被廣泛應(yīng)用于制動(dòng)裝置中。由于銅與石墨互不相溶而且密度相差懸殊,常規(guī)鑄造很難解決組織不均勻這個(gè)難題,所以本文采用了粉末冶金的方法來(lái)制備石墨-銅基復(fù)合材料。然而,復(fù)合材料中銅與石墨的界面潤(rùn)濕性問(wèn)題尤為重要,界面結(jié)合的好壞基本上決定了復(fù)合材料性能的高低,因此限制了石墨在銅基復(fù)合材料中的應(yīng)用與發(fā)展。本文對(duì)比研究了石墨粒度和石墨表面金屬化對(duì)材料的微觀組織形貌、密度、硬度及摩擦磨損性能的影響規(guī)律,并探討其摩擦磨損機(jī)理。結(jié)果表明,石墨粒度對(duì)銅基復(fù)合材料的微觀組織和性能影響顯著。隨著石墨粒度的逐漸增大,銅基體的連續(xù)性增強(qiáng)。石墨在平行于壓制方向的截面上呈條帶狀分布,在垂直于壓制方向的截面上呈塊狀分布;材料的密度、硬度均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì),而摩擦系數(shù)和磨損量均呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢(shì);當(dāng)石墨的粒度為270μm時(shí),材料的密度為5.76g/cm~3,顯微硬度為107.7HV,布氏硬度為37.5HBS;在摩擦速度為800r/min的干摩擦條件下,其平均摩擦系數(shù)為0.35,磨損率為7.37×10~(-6)mm~3/m;采用掃面電子顯微鏡(SEM)對(duì)復(fù)合材料的摩擦表面進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的磨損形式主要有磨粒磨損、剝層磨損和氧化磨損。為了進(jìn)一步改善石墨-銅基復(fù)合材料的性能,將上述粒度為270μm的石墨進(jìn)行表面化學(xué)鍍銅,對(duì)比探究了3wt.%~12wt.%石墨及鍍銅石墨的添加對(duì)銅基復(fù)合材料組織及性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明,鍍銅層形成空間細(xì)小的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),提高了材料的整體強(qiáng)度;隨著石墨及鍍銅石墨含量的逐漸增加,材料的密度和硬度均減小,但是鍍銅石墨組試樣的密度、硬度均優(yōu)于石墨組試樣;鍍銅石墨的添加在一定程度上提高了銅基復(fù)合材料平均摩擦系數(shù),降低其磨損量;在800r/min的摩擦速度下,當(dāng)石墨及鍍銅石墨含量為9wt.%時(shí),材料的平均摩擦系數(shù)分別為0.314、0.335,且磨損量最低分別為8.05×10~(-6)mm~3/m、7.83×10~(-6)mm~3/m;在摩擦磨損過(guò)程中,石墨-銅基復(fù)合材料的主要磨損缺陷為凹坑和犁溝,而磨損形式主要為剝層磨損、磨粒磨損和氧化磨損;而鍍銅石墨-銅基復(fù)合材料的主要磨損缺陷為淺顯的犁溝,而磨損形式主要以磨粒磨損和氧化磨損為主。
【學(xué)位單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB333
【部分圖文】：

第 1 章 緒 論界各個(gè)發(fā)達(dá)國(guó)家的青睞。直至 20 世紀(jì) 90 年代，時(shí)速為 300km/h 的高速軌在日本、法國(guó)和德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)通。而且德國(guó)克諾爾公司、日本川崎公世界 80%以上的高速軌道列車(chē)摩擦材料的市場(chǎng)[16]。德國(guó)的 ICE 高速軌道的新干線(xiàn)和法國(guó)的 TGV 高速軌道列車(chē)等都采用粉末冶金摩擦材料[17]。圖高速軌道列車(chē)用粉末冶金制動(dòng)材料。

第 2 章 材料的制備方法及表征2.1 石墨-銅基復(fù)合材料的制備2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料銅基復(fù)合材料是以銅粉為主要成分，通過(guò)添加以石墨為主的潤(rùn)滑組元、以陶瓷顆粒為主的摩擦組元及以強(qiáng)化銅基體為目的的合金元素而制備的。由于以純銅作為材料基體的強(qiáng)度較低，為了提高其強(qiáng)度，在銅粉中添加鐵粉，以便復(fù)合材料既具有銅基材料耐磨性好，又具有鐵基材料高摩擦系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)；摩擦組元選用的是 10～20μm 的SiO2和 400μm 的 Cr-Fe，其中 SiO2粉末均勻彌散在基體中，降低材料的剝層磨損，同時(shí)降低磨粒導(dǎo)致的二次磨損；而 Cr-Fe 的加入起到穩(wěn)定摩擦系數(shù)的作用。為了獲得綜合性能優(yōu)良的復(fù)合材料，本實(shí)驗(yàn)選用了形貌不規(guī)則的顆粒粉末如圖 2.1 所示，其中如圖（e）所示石墨的平均粒度為 500μm。

表 2-2 材料組成及質(zhì)量百分含量(wt.%)Table 2-2 Material composition and mass percentage (wt.%)Cu (%) Fe (%) Cr-Fe (%) SiO2(%) Graphite (%) Graphite particle size(μm)65 20 8 1 6 7565 20 8 1 6 18065 20 8 1 6 27065 20 8 1 6 5002.1.2 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備根據(jù)本實(shí)驗(yàn)的需要，主要采用真空熱壓燒結(jié)技術(shù)制備銅基復(fù)合材料，因此主要有HVRY-1 真空熱壓燒結(jié)爐、多維擺動(dòng)式高能球磨機(jī)、MM-W1B 立式萬(wàn)能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等實(shí)驗(yàn)設(shè)備（如圖 2.2 所示）；為了研究銅基復(fù)合材料的微觀組織及性能，因此選用以下設(shè)備：帶有能譜分析儀的日本 JSM-5600LV 掃描電子顯微鏡（SEM）、XQ-2金相試樣拋光機(jī)、EIPHOTO NIKON 300 光學(xué)顯微鏡、FM700 型顯微硬度計(jì)等。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2864912