基于离散元研究石墨对铜基石墨复合材料摩擦磨损性能的影响

文章利用离散元二维颗粒流程序(PFC2D)建立铜基石墨复合材料和45#钢摩擦副数值模型,基于环-块滑动接触方式,研究摩擦过程中摩擦界面动态变化规律及石墨粒径和体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:复合材料和45#钢摩擦过程中,在摩擦表面逐渐形成石墨润滑层,使得摩擦副的接触由金属与金属接触逐渐转变为石墨与金属接触;随着时步数增加,材料摩擦系数整体下降并达到稳定;石墨粒径增加,摩擦系数增大,磨损量先减少后增多,石墨粒径为18μm时,磨损量最少为1.65×10^(-8)m^(3);石墨体积分数增多,材料摩擦系数降低,磨损量先减少后增多,石墨体积分数为12%时,磨损量最少为1.61×10^(-8)m^(3)。

铜基石墨密封材料的摩擦磨损性能研究

为研究液体火箭发动机密封材料——铜基石墨材料的摩擦磨损规律,采用销盘试验考察了铜基石墨材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦磨损性能和磨损机理,探讨了速度、载荷、摩擦温升对材料摩擦磨损性能的影响,结果表明:水润滑条件下不易形成铜基石墨转移膜,所以水润滑时的摩擦因数比干摩擦时的摩擦因数大;水润滑下,磨损机理为黏着和磨粒磨损,适当增加载荷、降低速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率;干摩擦下,磨损机理为黏着磨损,适当降低载荷、提高速度有利于降低铜基石墨材料的磨损率。

Sn改性对道岔滑床板用铜基石墨复合材料摩擦磨损性能的影响

针对传统铜基石墨自润滑材料在低速高载工况下界面结合强度低,石墨易剥离、脱落导致材料力学性能与磨损性能下降等问题,采用Sn元素对石墨表面改性提高铜基石墨材料的摩擦磨损性能,并应用于道岔滑床板工况。采用化学镀方法在石墨表面镀Sn,然后将镀覆后的石墨与铜粉、镍粉通过粉末冶金的方式制备成Sn改性铜基石墨复合材料。研究了Sn改性铜基石墨复合材料与尖轨钢U75V配副的摩擦磨损性能。研究得出以下结论:经过Sn改性后,铜基石墨复合材料磨损失重下降88.43%,摩擦系数未明显改善,磨损失重与摩擦系数随石墨含量增加而逐渐降低,在石墨含量为6wt%时分别达到0.321g/m^(3)和0.199的最小值。

石墨粒径大小对铜基石墨复合材料摩擦学性能的影响

文章采用雾化纯铜粉作为基体,粒径为2、30、60、90μm的片状石墨粉作为固体润滑相,通过粉末冶金法制备了铜基石墨复合材料。研究了石墨粒径大小对材料的力学性能、组织以及摩擦学性能的影响,探讨了石墨粒径大小与摩擦表面石墨覆盖程度的关系。结果表明:随石墨粒径增大,材料的力学性能存在一个最佳值,即当石墨粒径为30μm时,密度达到最大值7.51 g/cm3,硬度为53 HV。摩擦试验结果显示,石墨粒径为30μm时,磨损量最小。通过成分面扫描分析接触面石墨覆盖情况,研究了石墨在摩擦表面的成膜分布情况,结果发现随着石墨粒径的变大,石墨成膜覆盖率变小。

铜基石墨烯复合材料的制备及性能研究

为了解决铜的硬度等力学性能差的问题,设计了用泡沫铜为基底和催化剂,通过化学气相沉积(CVD)法制备分布均匀的Cu/3DGNs复合材料.经电火花放电等离子烧结(SPS)制备成高强高导的铜基石墨烯复合材料,在保留铜基体优异的导电、导热等性能的同时提高其力学性能.结果表明,采用硝酸清洗,800℃退火30min,反应气体(H_2/Ar/0.95%C_2H_4-Ar混合气体)流量比为80∶4 000∶5sccm,生长温度为1 000℃、生长时间为10s时,制备的石墨烯表面平整、层数较少、覆盖率高、几乎没有缺陷,石墨烯的形貌最佳;采用600℃的烧结温度、25kN的烧结压力、100℃/min的升温速率梯度烧结,制备出的铜基石墨烯复合材料最为致密,性能最优.

铜基石墨复合材料的研究进展

铜基石墨复合材料是一种广泛应用于摩擦材料和电接触材料等领域的金属基复合材料。综述了铜基石墨复合材料在改善铜基体与石墨增强体结合方面的研究进展，主要包括基体合金化、石墨的表面处理、添加粘结剂等，重点介绍了铜基石墨复合材料的制备工艺方法，并概述了其导电导热性能、摩擦磨损性能、工艺性能及应用，最后展望了铜基石墨复合材料的研究重点和发展方向，认为取代现有的易切削铅黄铜合金将成为铜基石墨复合材料今后研究和应用的一个亮点。

基于色度分析方法对铜基石墨材料摩擦表面自润滑膜的评价分析

提出一种基于色度分析方法对铜基石墨复合材料摩擦过程中产生的石墨润滑膜图片进行图像处理,从而实现对石墨自润滑膜的覆盖率进行定量分析。这种方法较通常使用的二值化图像处理方法更加合理、准确,能够更加真实地反映出石墨润滑膜覆盖情况。基于色度分析方法对转移膜覆盖率的分析较二值化图像处理方法分析的准确度有显著提升。通过定量分析研究了石墨含量及尺寸对自润滑膜覆盖率的影响,结果发现随着石墨含量的增加、石墨尺寸的减小,自润滑膜覆盖率逐渐增加。分析表明,随着自润滑膜覆盖率的提高,铜基石墨复合材料的摩擦因数成线性降低,而磨损量略有提高。

滑动速度对铜基石墨复合材料摩擦特性影响的数值模拟

采用离散元软件建立了铜基石墨复合材料与45钢滑动摩擦模型,研究了滑动速度对摩擦面上石墨动态演变和铜基石墨复合材料摩擦学行为的影响。结果表明:摩擦面上石墨颗粒经历形成和稳定二个阶段,滑动速度越大,摩擦面上石墨颗数越快达到动态稳定状态。滑动速度增大,石墨润滑层难以在磨损表面有效形成,加速了其脱落的进程,导致摩擦因数增大,磨损量增加。

烧结温度对铜基石墨烯复合材料物理性能的影响

850~1050℃范围内,研究了不同烧结温度铜基石墨烯复合材料的物理性能。实验表明,烧结后铜/石墨烯试样存在一定数量的孪晶,晶界处有孔隙存在。随着烧结温度的升高,试样的晶粒尺寸、密度不断提高,显微硬度、压缩屈服强度和弹性模量先增加后降低。在950℃,铜/石墨烯能够获得最佳的显微硬度、压缩屈服强度和弹性模量。

不同载荷下镀镍石墨-铜基复合材料的载流摩擦性能

首先采用化学镀的方法在石墨表面镀Ni,随后采用快速热压方法制备10 mass%镀Ni石墨-铜基复合材料。在不同载荷下对复合材料开展了载流摩擦实验,采用扫描电镜观察了复合材料的磨损表面形貌,进而从磨损表面形貌特征分析其损伤机制。结果表明:在石墨表面成功镀覆了致密且均匀的Ni金属层,化学镀镍有效改善了石墨和铜之间的润湿性;镀镍石墨-铜基复合材料的相组成为石墨和铜基体两相,石墨在铜基体中呈弥散分布,未形成连续网状结构;随载荷的增加,复合材料的摩擦系数逐渐降低,磨痕宽度和磨损率逐渐升高,载流效率和载流稳定性逐渐下降;在低载荷下(20和40 N),复合材料的损伤机制以显微切削为主;随着载荷的增加(60和80 N),电侵蚀加剧,成为主要的损伤机制。

石墨烯增强铜基复合材料制备工艺及性能的研究进展

作为常用的金属材料,铜因强度较低而应用范围受限,石墨烯具有优异的综合性能,作为极具潜力的增强体而受到广泛关注。石墨烯增强铜基复合材料兼具了铜和石墨烯的优良性能而成为了重要的研究对象。介绍了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺与综合性能,重点讨论了各种制备工艺的特点、强化机制、构型设计,总结了针对复合界面结合弱与石墨烯分散困难这2类主要技术难点的解决途径,最后对石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺进行了展望。

激光制备新型石墨烯/铜基复合电触头

为了解决电力系统中关键材料电触头同时受到电弧烧蚀、动静触头相互碰撞产生的冲击载荷和摩擦以及电流产生焦耳热引起的熔焊的问题,提高电气设备的使用性能,发展新型高性能触头材料,提出了一种石墨烯/紫铜复合触头的新型制备方法。采用等离子体辅助加工手段,在质量分数为0.999的紫铜表面上制备出镍铜合金过渡层,在此过渡层上利用高功率连续激光原位制备石墨烯表面薄膜,全覆盖于紫铜基底表面,作为独立涂层来抵抗触头材料所受的破坏,探索了制备石墨烯复合触头材料过程中的等离子体辅助加工工艺以及激光加工工艺。结果表明,石墨烯/铜基触头材料具有优异的电工特性,电阻与紫铜相近,硬度为紫铜的1.8倍,摩擦系数仅为0.06。本研究可为电工材料提供新的解决思路和新的材料体系。

石墨含量对铜基材料摩擦磨损性能的影响

探讨了石墨含量对铜基材料摩擦磨损性能的影响和材料的摩擦磨损机理。结果表明：不含石墨时，材料的摩擦系数和磨损率均较大，磨损主要为粘着磨损；添加石墨后，材料的摩擦系数和磨损率均显著降低，且随石墨含量增加，摩擦系数逐渐降低，在一定石墨含量范围内（＜３．５％），磨损率也逐渐减小，这与材料的强度、硬度有关。材料的磨损以应变疲劳磨损为主。随载荷增加，摩擦系数和磨损率均增加。

氧化石墨烯/铜基复合材料的微观结构及力学性能

采用球磨和真空热压烧结方法成功制备氧化石墨烯/铜复合材料。利用OM,SEM,XRD,显微硬度计和电子万能试验机等分析球磨后的复合粉形貌,研究氧化石墨烯添加量对复合微观结构及力学性能的影响。结果表明:制备的氧化石墨烯/铜基复合材料组织致密,氧化石墨烯以片状形态较均匀地分布在铜基体中,并与铜基体形成良好的结合界面。氧化石墨烯质量分数为0.5%时,复合材料的综合力学性能较好,显微硬度和室温压缩强度分别为63HV和276MPa,相对于纯铜基体分别提高了8.6%和28%。其强化机理为剪切应力转移强化、位错强化和细晶强化。

碳纤维对镀铜石墨-铜基复合材料组织与性能的影响

用粉末冶金法制备了碳纤维 镀铜石墨 铜基复合材料 ,测量了不同纤维含量时该复合材料的体积密度、电阻率、硬度、抗弯强度和摩擦磨损性能 ,并观察了它们的显微组织、断口和磨面形貌 ,分析了碳纤维含量对该复合材料显微组织和性能的影响。结果表明碳纤维的加入对镀铜石墨 铜基复合材料的体积密度、电阻率和摩擦系数影响不大 ,但使其硬度。

镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的制备与性能研究

用粉末冶金法成功地制备了短碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料,对其体积密度、电阻率、硬度、抗弯强度和摩擦磨损性能进行了测试,观察了它们的显微组织、断口和磨面形貌,并与石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料进行了对比。结果表明,镀铜碳纤维-镀铜石墨-铜基复合材料的各项性能,明显优于石墨-铜、镀铜石墨-铜基复合材料。

工艺参数对石墨/铜基复合材料导电性能的影响

为了制备导电性能良好的石墨/铜基复合材料,研究了球磨时间、热压烧结及热挤压等工艺参数对其导电性能的影响;用扫描电镜分析了材料的拉伸断口形貌。结果表明:复合材料的导电性随球磨时间的延长和挤压温度的提高呈现先升高后降低的规律;提高挤压比和烧结温度、增加热压烧结时的压力以及延长烧结保温时间均有利于改善复合材料的导电性;球磨3 h石墨/铜复合粉经压制(压力700 MPa、保压30 s)、真空热压烧结(压力48 MPa、烧结温度600℃、保温1 h)和热挤压(挤压温度750℃、挤压比16)后,铜基体连接成连续的三维网络,且石墨均匀分布在网络之间,有效地发挥了石墨/铜基复合材料中铜的导电性。

碳纤维对镀铜石墨-铜基复合材料性能的影响

研究了镀铜石墨-铜基复合材料中镀铜碳纤维对复合材料电阻、硬度和抗弯强度的影响。结果表明:在镀铜石墨-铜基复合材料中加入镀铜碳纤维可以明显地提高其抗弯强度和硬度,但对材料的电阻率作用并不明显。

制备工艺参数对超大颗粒石墨/铜基复合材料结构及相对密度的影响

石墨/铜基复合材料可以同时具有良好的导热性和润滑性。本文尝试采用超大粒度(粒度约为1500μm)的石墨颗粒制备石墨/铜基复合材料,以获得更加简便高效的制备工艺方法以及性能优良的复合制品。采用粉末烧结工艺探讨了不同工艺参数对复合材料内部组织结构及相对密度的影响。结果发现:影响该复合材料组织结构的主要因素为石墨添加量及其颗粒的粒度,石墨颗粒粒度为1500μm的复合材料相对密度较大,1000℃烧结2.5 h时相对密度高达0.67;采用等质量的较小粒度石墨颗粒时,同样条件下烧结所得的复合材料相对密度较小,石墨颗粒粒度为120μm的复合材料相对密度仅为0.43。

石墨烯/铜基复合材料织构表面的摩擦特性

目前针对石墨烯/铜基复合材料的研究主要集中在复合材料的制备工艺对材料性能的影响上,对石墨烯/铜基复合材料表面摩擦特性影响还缺乏深入探究。采用热压烧结法制备石墨烯/铜基复合材料,并利用激光在复合材料表面完成不同尺寸和形态的微织构加工,探究织构化和石墨烯对复合材料表面摩擦特性的影响。测试结果发现:当石墨烯含量为0.5%时,该复合材料存在一个硬度峰值为140 HV,比铜合金基体的硬度提高了近27%。同时具有凹坑织构的复合材料表面摩擦因数及磨痕宽度随表面织构直径的增加而呈现“下降-上升”趋势,其中凹坑直径为200μm时,各项指标达到最小,摩擦因数为0.377,磨痕宽度为231μm,可以看出合适的织构形状、尺寸以及适当的石墨烯含量使得石墨烯/铜基复合材料在减磨性和耐磨性方面有所提高。将激光表面织构化技术与粉末冶金技术相结合,为改善零部件表面摩擦磨损性能提供了一种新的工艺。