二硒化铌以及二硒化铌/石墨纳米复合材料的制备及其摩擦性能研究

摘要

过渡金属硫硒化物MX2(M=Mo、W、Nb、Ta;X=S、Se)具有类似石墨的六方层状晶体结构,但由于其晶体边缘不饱和的悬挂键具有化学活性,在摩擦过程中容易黏附到金属表面和被氧化,使其摩擦学性能急剧降低。而MX2(M=Mo、W、Nb、Ta;X=S、Se)纳米材料(如纳米颗粒、纳米线、纳米管/束)具有独特的闭合结构,在结构上可以消除悬挂键的存在,从而提高化学稳定性,有效降低摩擦磨损,在摩擦学上将有广阔的应用前景。
　　 本文主要对过渡族金属硒化物NbSe2及其NbSe2/石墨的复合材料的制备工艺和摩擦学性能进行了研究。主要研究内容包括:
　　 (1)利用固相法,在不同温度、石墨添加量的条件下,制备了尺寸分布均一的NbSe2六方片以及片状、棒状共存的NbSed石墨纳米复合材料。研究了温度、石墨添加量对NbSe2和NbSe2/石墨纳米形貌和结构的影响。发现适宜的温度(750℃)有利于形成形貌规整,尺寸均一的产物,而石墨的添加导致了短棒状硒化铌的形成,并且棒状硒化铌的含量、尺寸粒度以及样品的均一性皆受石墨添加量的控制。
　　 (2)改变样品的添加量、载荷、不同形貌,研究了NbSe2和NbSe2/石墨纳米复合材料油磨擦性能。结果表明,添加了NbSe2和NbSe2/石墨纳米复合材料的油样摩擦系数都较纯油样有所降低,并且添加NbSe2/石墨纳米复合材料的油样摩擦性能更好,说明石墨的添加对NbSe2的油摩擦性能起到了优化的作用。这可能与NbSe2的颗粒纳米化,形貌规整,短棒状硒化铌出现有关系,同时石墨对硒化铌起到了协同作用,导致了最终摩擦性能的优化。
　　 (3)将NbSe2、NbSe2/石墨纳米微粒应用到铜基石墨复合材料中,对其进行填充改性,研究其物理力学性能与摩擦性能。结果显示,与铜.石墨复合材料相比,NbSe2、NbSe2/石墨纳米微粒的加入均能使材料的物理力学性能提高,对复合材料起到改性的效果,但降低了复合材料的摩擦性能。而NbSe2与NbSe2/石墨纳米复合材料相比,纯NbSe2的改性效果优于NbSe2/石墨纳米复合材料的改性效果,但添加纯NbSe2的复合材料的摩擦性能小于添加NbSe2/石墨的复合材料,出现这样的结果与最终形成的铜基复合材料中石墨的含量有关。