纳米NbSe铜基自润滑材料的制备及摩擦学性能研究

摘要

在无油或少油润滑状态下，自润滑材料显示了独特的优越性。铜基自润滑复合材料是金属基自润滑复合材料的重要组成部分，具有优良的摩擦学特性，以及具有导电、导热、抗氧化、耐腐蚀等性能而得到了广泛的应用。
　　 铜-石墨-MoS2是典型的滑动电接触材料，广泛用于电机的固定部件和旋转部件(换向器或集电环)之间传导电流。对于滑动电接触材料，要求其具有低接触电阻，以减少电功率损耗；同时又希望其具有低的摩擦磨损。铜-石墨-MoS2主要依靠Cu改善材料的导电导热能力，依靠石墨和MoS2的减摩和自润滑来改善材料的摩擦学特性。但铜-石墨-MoS2存在如下问题：MoS2的电阻率高，导电性能差；石墨虽然导电性能好，但在真空环境中摩擦磨损严重。随各类电机仪表朝小型化，大电流，高速度方向发展，要求电接触材料的允许线速度大，接触电压低，摩擦系数小，磨损率低，载流能力大，而铜-石墨-MOS2电接触材料在性能上难以满足这些要求。
　　 纳米NbSe2具有和MOS2类似的晶体结构和摩擦学特性，而电阻率仅为10-4Ω.cm比MoS2低六个数量级，比石墨低一个数量级。用片状NbSe2-Ag制备的复合材料在航天飞机的导电滑环上有成功的应用，而NbSe2纳米纤维既有减摩耐磨的作用，又可以提高复合材料的力学性能。同时利用NbSe2纳米纤维的各向异性的特点，可以在提高其导电性的同时，改善其换向能力。以往对于NbSe2-Cu(Ag)的研究多是片层状的，对于纤维状的NbSe2的摩擦特性的研究还未见报道。
　　 本文选用铜基体，选用合适大小和含量的纳米NbSe2材料充当固体润滑组元。采用粉末冶金方法，制得纳米NbSe2铜基固体润滑复合材料。结果表明，在一定温度下，烧结工艺对改善纳米NbSe2和铜基体界面结合的效果有一定影响。通过不同条件下的摩擦磨损试验，以及运用扫描电镜、X-射线衍射仪、光电子能谱仪等微观分析手段，对复合材料显微组织、磨痕表面形貌、磨损颗粒的成分组成进行分析，探讨了在室温下铜基自润滑复合材料的摩擦磨损行为及机理。主要内容包括以下：
　　 (1)采用固相反应法：在不同的温度和保温时间下，硒单质和金属Nb在密封的石英管内加热进行反应，分别生成了大量纳米NbSe2纤维和片状材料。对所合成的纳米材料分别用TEM、SEM、XRD等测试手段进行表面形貌和结构成分的表征。
　　 (2)将制备出的纤维状和片层状纳米NbSe2材料作为润滑添加剂与铜粉相混合，通过粉末冶金法制备出含纳米NbSe2的铜基复合材料。用UMT-2型微观摩擦磨损试验机对它们的摩擦学性能进行了初步研究。结果表明：发现纳米NbSe2的加入能较大程度的改善铜基复合材料的减摩性能，且纤维状纳米NbSe2较片层状纳米NbSe2更能改善铜基复合材料的摩擦学性能。通过对摩擦数据和两种NbSe2微观结构的分析，对摩擦机理进行了初步推测，认为纳米NbSe2材料对复合材料的摩擦学性能改善是由其独特的闭合结构、润滑膜的形成、纳米材料的填充自修复共同作用的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2自润滑复合材料

1.3 固体自润滑复合材料

1.3.1固体润滑剂

1.3.2固体自润滑复合材料分类

1.4铜基固体自润滑复合材料

1.4.1铜基固体自润滑复合材料特性

1.4.2铜基固体自润滑复合材料制备

1.5纳米硫硒化物作为固体润滑剂的研究现状

1.6本课题的研究目的和内容

第二章 纳米NbSe2固体润滑剂的制备和性能表征

2.1引言

2.2试验方法

2.2.1试验所需用品

2.2.2纳米NbSe2材料制备

2.2.3结果与讨论

2.3本章小结

第三章 纳米NbSe2铜基固体自润滑材料的制备及摩擦学性能研究

3.1引言

3.2粉末冶金法制备铜基自润滑材料

3.2.1试验所需用品

3.2.2铜基自润滑材料制备

3.2.3结果与讨论

3.3铜基自润滑材料的摩擦学性能

3.3.1试验方法

3.3.2铜基自润滑材料的摩擦磨损性能

3.3.3纳米NbSe2铜基自润滑材料的摩擦磨损机理

3.4本章小结

第四章 结论与展望

4.1结论

4.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文