铜基自润滑材料及其摩擦学性能研究

目的对比研究铜基石墨复合材料耐磨层(SY-01)以及铜基聚四氟乙烯复合材料耐磨层(SY-02)的各种性能,以期选择最佳耐磨板材料。方法利用扫描电镜及配套的能谱分析仪分析两种耐磨层的微观结构及化学成分,利用压汞法测试耐磨层的孔隙分布以及孔隙率值,并分析两种耐磨层的显微硬度及抗冲击性能。此外,还采用SRV-4高温摩擦磨损试验机测试两种耐磨层的摩擦学性能。结果 SY-01试样耐磨层的孔隙率为28.04%,SY-02试样耐磨层的孔隙率为7.43%。SY-01耐磨层的显微硬度分布比较均匀,平均硬度为52.75HV0.5;SY-02耐磨层不同位置的显微硬度值相差较大,共混区的硬度在32HV0.5左右。相同摩擦工况下,SY-01试样磨痕深度为3.50μm,SY-02试样磨痕深度为11.0μm,约为SY-01试样磨痕深度的3倍。结论 SY-01耐磨层的显微硬度、抗冲击性能以及摩擦学性能均优于SY-02耐磨层。SY-01耐磨层的摩擦磨损机制表现为磨粒磨损和粘着磨损,SY-02耐磨层的摩擦磨损机制主要为磨粒磨损。

电流密度对铜基自润滑材料电摩擦性能的影响

对热压烧结法制得的铜-石墨-二硫化钼-二硫化钨纳米管自润滑复合材料进行电摩擦磨损试验,研究带电摩擦磨损过程中复合材料的摩擦因数、磨损率和接触电压降的变化。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等方法对复合材料的显微组织、磨损表面形貌、物相等进行表征。结果表明:电流密度对材料的摩擦与磨损特性影响很大,随电流密度增大,复合材料的摩擦因数及磨损率显著提高。接触电压降在磨损初始阶段较小,随试验进行其值逐渐增大并趋向稳态。接触电压降与电流密度呈非线性变化关系。

铜基粉末冶金含油自润滑材料研究进展

首先对铜基自润滑材料的现状作了简述,在此基础上,结合自己的工作对铜基粉末冶金含油自润滑材料的最新发展(包括烧结过程、材料性能和碳纤维增强铜基体等)加以评述。

La2O3对铜基自润滑复合材料高温摩擦磨损性能的影响

为进一步提高铜基自润滑复合材料的硬度和高温摩擦磨损性能,采用粉末冶金热压法向铜-石墨烯-WS2复合材料中引入La2O3增强相颗粒,并对铜-石墨烯-WS2复合材料和La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料在不同温度下的摩擦磨损性能进行对比研究。结果表明:复合材料烧结过程中各组元没有发生分解或互相反应,烧结后材料结构致密并且各组元均匀分布于基体中,La2O3增强相的引入在提高复合材料硬度的同时会降低材料热导率;室温下2种复合材料摩擦因数和磨损率比较相近,而高温下石墨烯和WS2的氧化导致Cu-RGO-WS2复合材料摩擦磨损性能下降,而La2O3则能发挥增强相作用和高温自润滑作用,使Cu-RGO-WS2-La2O3复合材料的高温摩擦磨损性能更优异。室温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨痕处仅发生了轻微的塑性变形,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制主要是磨粒磨损;高温下铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制为黏着磨损,而La2O3增强铜-石墨烯-WS2复合材料的磨损机制则为磨粒磨损和疲劳磨损。

预置工艺参数对铜基自润滑复合材料熔覆层的影响

道岔滑床板是轨道交通线路的重要部件之一,其正常工作是列车运行安全的基本保证。目前我国的滑床板采用Q235钢,需要人工定期涂油养护,该方法受服役环境影响明显,成本大,同时存在污染环境、操作安全等隐患。拟选用具有耐磨耐蚀性能良好的铜基自润滑材料,使用不同的预置法工艺进行试样制备与熔覆实验,对床板进行表面强化。对比预置法制备的试样情况与熔覆性能,最终获得适合的预置法工艺以及相应的工艺参数。

铜基自润滑复合材料的电摩擦磨损性能研究

为研究铜基自润滑复合材料的电摩擦磨损性能,通过电摩擦磨损实验对用热压成型法制得的铜-石墨-MoS_(2)复合材料试样进行了测试,分别测试了空气和真空环境下固体润滑剂石墨和MoS_(2)成分对复合材料电摩擦磨损性能的影响:并用X射线光电子能谱仪(XPS)和扫描电镜(SEM)对复合材料试样磨损表面形成的润滑膜进行了表征。结果表明,复合材料润滑性能主要受其磨损表面固体润滑膜的连续性和完整性影响;体积含量为15%石墨和15%MoS_(2)的试样在空气和真空环境中均具有较好的减摩耐磨性能,但在不同环境中,其表面形成的润滑膜成分差别较大;随着润滑膜的逐渐形成,摩擦副材料接触电压降逐步升高,并趋于稳定,接触电压降与电流密度不成正比例变化。

CNTs/NbSe_2/Cu基自润滑复合材料的制备及其摩擦学性能研究

将CNTs、Se粉和Nb粉按一定化学计量比均匀混合,通过固相反应生成碳纳米管(CNTs)/NbSe2复合材料,然后以生成的CNTs/NbSe2复合材料为固体润滑相,Cu为基体相,通过粉末冶金的方法制备出了CNTs/NbSe2/Cu基自润滑复合材料。利用UMT-2摩擦磨损试验机对材料的摩擦磨损性能进行评价,结果表明NbSe2/Cu基自润滑复合材料具有较好的摩擦学性能,磨痕平滑;随着1%(质量比)CNTs的加入,CNTs/NbSe2/Cu基自润滑复合材料摩擦学性能更为优异,其磨痕更平滑。这是由于具有优异润滑性能的NbSe2和均匀弥散分布在Cu基体中的大长径比管状结构的CNTs一起起到了协同强化和减摩耐磨作用,最终导致材料的机械和摩擦学性能同时提高。

搭接率与二次重熔对激光熔覆石墨/铜自润滑复合材料组织的影响

为了改善石墨/铜自润滑材料激光熔覆层的平整度,探索了激光搭接率对熔覆层平整度的影响与二次重熔处理对熔覆层表面的改善效果。结果表明,激光搭接率为75%不适合作为实际加工时的工艺参数。激光熔覆搭接率为50%或25%时,均可以获得连续致密的熔覆层,50%的搭接率适合进行单次厚度较大的熔覆,可以一次性产生一定厚度的连续致密熔覆层;25%的搭接率适合进行多次激光熔覆,产生厚度较小但相对平整性更好的连续致密熔覆层,方便黏结后续的熔覆材料,避免不同部位熔覆材料厚度的差异对熔覆层产生影响。二次重熔处理可以有效减小熔覆层表面高低落差。

铜基自润滑复合材料的电弧烧蚀性能

研究了铜-30%(体积分数,下同)石墨、铜-30%二硫化钨和铜-30%二硫化钼3种铜基自润滑复合材料的抗电弧烧蚀性能。结果表明:石墨熔点较高,在电弧放电瞬间主要以氧化的形式损耗,而二硫化钨和二硫化钼则会在电弧放电造成的高温下发生熔化甚至与铜基体发生化学反应,所以铜-30%石墨复合材料的抗电弧烧蚀性能要优于铜-30%二硫化钨和铜-30%二硫化钼复合材料。铜基自润滑复合材料的电弧烧损机制主要有材料的氧化、熔化飞溅、内部化学反应以及疲劳脱落。