铝和碳化硅颗粒增强铜基自润滑复合材料的制备及性能研究

摘要

铜基自润滑复合材料具有良好的导电、导热和耐磨性能，常被用作为制动闸片、接地装置等。降低铜基复合材料的生产成本与提高其服役性能具有极为重要的意义。本文通过冷压-烧结-复压工艺制备了不同Al、β-SiC含量的铜基自润滑复合材料，研究Al含量对Cu/Gr(石墨)复合材料及SiC含量对(Cu-9.5wt％Al)/Gr复合材料的组织结构、力学性能、物理性能、摩擦磨损性能和耐蚀性能的影响。
　　向铜基复合材料中添加Al时，将首先在铜基体中形成α-Cu固溶体，Al含量达到7.6 wt％时析出了少量γ2硬脆相，Al含量为9.5 wt％时基体中析出大量γ2相并成网状分布;向复合材料中添加β-SiC颗粒时，将在铜基晶界处产生大量团聚，SiC含量越高，团聚现象越显著。
　　Al的添加使复合材料获得了较高的宏观硬度、基体显微硬度、抗弯强度和抗压强度，复合材料的相对密度在Al含量为5.7 wt％时达到最高值，其导电性能和塑性随Al含量增大而不断减低;SiC颗粒的添加使复合材料的宏观硬度、相对密度、电导率、抗弯强度、抗压强度和塑性降低，其基体显微硬度在SiC含量为4 wt％时达到最大值，为210.9 HV。
　　在干摩擦条件下，随Al含量增大，摩擦系数不断降低，磨损率呈先增加后减小的趋势，Al含量为9.5 wt％时复合材料具有良好的耐磨性;随SiC含量增大，摩擦系数逐渐增加，磨损率呈先增加后减小的趋势，SiC含量为0wt％与6wt％时复合材料具有较好的耐磨性能。
　　在湿摩擦条件下，随Al含量增大，摩擦系数先减小后增加，磨损率不断降低，Al含量同样为9.5 wt％时复合材料具有良好的耐磨性能;随SiC含量增加，摩擦系数先减小后增加，磨损率则不断降低，SiC含量为6wt％时复合材料具有较好的耐磨性能。且相比于干摩擦，湿摩擦时的摩擦系数与磨损率均较高。
　　在5％H2SO4溶液中，Al含量为9.5 wt％时复合材料具有良好的耐蚀性能，β-SiC颗粒的添加将使复合材料的耐蚀性能减弱。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 铜基石墨自润滑复合材料的特性

1．2．1 石墨的特性

1．2．2 铜及铜合金基体的特性

1．3 铜基材料强化机制

1．3．1 固溶强化

1．3．2 沉淀强化

1．3．3 细晶强化

1．3．4 复合材料法

1．4 铜基复合材料制备工艺

1．4．1 机械混合法

1．4．2 机械合金化法

1．4．3 内氧化法

1．4．4 放电等离子烧结技术

1．4．5 自蔓延高温合成技术

1．5 摩擦磨损

1．5．1 摩擦的基本特性

1．5．2 经典摩擦理论

1．5．3 磨损机理概述

1．6 论文选题的目的及内容

第2章 材料的制备与研究方法

2．1 实验材料

2．2 复合材料的制备

2．3 复合材料组织分析及性能测试方法

2．3．1 复合材料显微组织分析

2．3．2 复合材料硬度、密度与电导率的测试方法

2．3．3 复合材料的抗弯强度测试及断口分析

2．3．4 复合材料抗压强度测试与单向压缩原位观察

2．3．5 复合材料的摩擦磨损性能测试及磨损形貌分析

2．3．6 复合材料的腐蚀性能研究方法

第3章 铝含量对铜基复合材料性能的影响

3．1 铝含量对铜基复合材料组织的影响

3．2 铝含量对铜基复合材料导电性能的影响

3．3 铝含量对铜基复合材料硬度和相对密度的影响

3．4 铝含量对铜基复合材料抗弯强度的影响

3．5 铝含量对铜基复合材料抗压强度的影响

3．5．1 抗压强度

3．5．2 单向压缩原位观察

3．6 铝含量对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响

3．6．1 铝含量对摩擦系数的影响

3．6．2 铝含量对磨损量的影响

3．7 铝含量对铜基复合材料耐蚀性能的影响

3．7．1 极化曲线

3．7．2 浸泡腐蚀

3．8 本章小结

第4章 SiC含量对铜基复合材料性能的影响

4．1 SiC含量对铜基复合材料组织的影响

4．2 SiC含量对铜基复合材料导电性能的影响

4．3 SiC含量对铜基复合材料硬度和相对密度的影响

4．4 SiC含量对铜基复合材料抗弯强度的影响

4．5 SiC含量对铜基复合材料抗压强度的影响

4．6 SiC含量对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响

4．6．1 SiC含量对摩擦系数的影响

4．6．2 SiC含量对磨损率的影响

4．7 SiC含量对铜基复合材料耐蚀性能的影响

4．7．1 极化曲线

4．7．2 浸泡腐蚀

4．8 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果