(镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备和性能研究

摘要

受电弓滑板是电力机车获取电能的关键部件。随着铁路电气化时代的到来，滑板的性能也不断的提高。本文采用粉末冶金方法制备一种磨损率低、导电性能优良的滑板用铜基复合材料。该滑板用铜粉做导电相，石墨做自润滑剂，纳米SiCp做增强相，通过对石墨进行表面改性和提高石墨含量，调整复合材料的力学性能和导电性能。
　　由于石墨和铜高、低温均不润湿，为了增强石墨和铜的界面结合，本文采用在石墨表面化学镀铜的处理。选择了装载量为4g/L、温度为60-65℃、pH为12.5-13.0和甲醛为15ml/L的镀铜工艺。分析测试结果表明：Gr颗粒表面成功镀覆了铜层，颗粒包覆的相当完整。
　　采用热压烧结-热挤压工艺制备了纳米SiCp体积分数为3％，镀铜Gr体积分数分别为5%、10%、15%的3种(纳米SiCp+Gr)/铜基复合材料。为了对比，制备了Gr体积分数为10%，纳米SiCp分别为0%和3%的2种铜基复合材料。利用OM、SEM、TEM等手段对铜基复合材料微观组织进行观察和分析，并进行常温力学性能、导电性能和摩擦磨损性能的研究。
　　结果表明：Gr颗粒镀铜可改善颗粒与基体的润湿性，提高Gr颗粒与铜基体的界面结合。Gr经过镀铜制得的复合材料，Gr颗粒能更均匀的分布于铜基体中，材料也更致密，常温力学性能和导电性能优于未镀铜的。随着Gr/镀铜Gr体积分数的增加，复合材料的常温力学性能和导电性能是逐渐降低的。
　　经过化学镀铜处理的复合材料，其摩擦磨损性能要优于未经镀铜处理的。在相同摩擦磨损条件下，随着Gr/镀铜Gr体积分数的增加，摩擦系数和磨损量有降低的趋势。滑动速度一定的条件下，随载荷的增加，同种材料的摩擦系数和磨损量都有降低的趋势。

目录

(镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备和性能研究

FABRICATION AND PROPERTIES OFCOPPER MATRIX COMPOSITEREINFORCED BY Cu-COATED GRAPHITE AND NANO-SiCp

摘 要

Abstract

目 录

第 1 章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 受电弓滑板概述

1.2.1 受电弓滑板的分类

1.2.2 国内外研究历史

1.3 抗磨减磨物质

1.3.1 固体润滑剂

1.3.2 纳米陶瓷

1.4 铜基复合材料的制备方法

1.5 铜基自润滑材料的摩擦学特征

1.6 本课题的研究意义及主要内容

第 2 章 试验材料及试验方法

2.1 试验材料

2.2 材料的分析测试方法

2.2.1 X-射线衍射分析

2.2.2 金相显微镜

2.2.3 扫描电镜

2.2.4 透射电镜

2.2.5 致密度测试

2.2.6 硬度测试

2.2.7 拉伸试验测试

2.2.8 压缩试验测试

2.2.9 冲击韧性测试

2.2.10 抗弯强度测试

2.2.11 导电性能的测试

2.2.12 摩擦磨损试验

第 3 章 Gr表面化学镀铜

3.1 化学镀的基本原理

3.2 化学镀铜工艺流程

3.3 化学镀铜预处理

3.3.1 亲水化处理

3.3.2 粗化处理

3.3.3 敏化处理

3.3.4 活化处理

3.3.5 还原处理

3.4 镀液配制及试验过程

3.4.1 化学镀铜配方

3.4.2 镀液的配制过程

3.4.3 化学镀铜影响因素

3.5 Gr化学镀铜层形貌观察

3.6 XRD分析

3.7 本章小结

第 4 章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备及组织观察

4.1 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备

4.1.1 纳米SiCp预处理

4.1.2 球磨混粉

4.1.3 机械混粉

4.1.4 （Gr+纳米SiCp）/铜基复合材料的热压烧结

4.1.5 （Gr+纳米SiCp）/铜基复合材料的热挤压

4.1.6 对磨件的制备

4.2 铜基复合材料组织观察

4.2.1 成分判断

4.2.2 烧结态(镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的SEM观察

4.2.3 挤压态(Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的SEM观察

4.2.4 铜基复合材料烧结态与挤压态对比

4.2.5 铜基复合材料的界面结合

4.3 本章小结

第 5 章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的常温力学性能

5.1 引言

5.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的致密度

5.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的硬度

5.4 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的冲击韧性

5.5 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的压缩性能

5.6 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的抗弯强度

5.7 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的抗拉强度

5.8 Gr/Cu基复合材料的抗拉强度

5.9 本章小结

第 6 章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的导电性能及摩擦磨损性能

6.1 引言

6.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的导电性

6.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的摩擦磨损性能

6.3.1 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的摩擦系数

6.3.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的磨损量

6.3.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的磨损机制分析

6.4 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢