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          石墨類型對(duì)鎳基自潤(rùn)滑材料性能的影響

          石墨類型對(duì)鎳基自潤(rùn)滑材料性能的影響


          金屬基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和潤(rùn)滑性能,廣泛應(yīng)用于電接觸材料、軍事、航空、汽車等工程領(lǐng)域。隨著-些高端裝備技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)防、核能、空間技術(shù)等對(duì)固體潤(rùn)滑材料的要求不斷提高甲,常將鎳基自潤(rùn)滑材料用于軸承保持架,其中Ni具有高的化學(xué)穩(wěn)定性,在500 ℃以下幾乎不氧化,常溫下不受濕氣、水和某些鹽類水溶液的影響,廣泛應(yīng)用于耐高溫和耐腐蝕領(lǐng)域。石墨作為一種單質(zhì)型層狀固體潤(rùn)滑劑,吸附水汽后使其層間結(jié)構(gòu)更易于滑動(dòng),相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中,石墨在剪切力的作用下被擠出基體形成轉(zhuǎn)移潤(rùn)滑膜,降低材料的摩擦因數(shù),從而減少材料的磨損量,因此在水介質(zhì)中顯現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦磨損性能。



          不同石墨類型對(duì)鎳基自潤(rùn)滑材料摩擦磨損性能的影響研究較少,因此,以Ni-Cu合金為基體,通過(guò)添加相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維,研究石墨類型對(duì)鎳基復(fù)合材料力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能的影響



          1、復(fù)合材料制備及試驗(yàn)方法

          1.1 復(fù)合材料制備

          先稱量電解鎳粉、還原銅粉,然后分別加入相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨粉末和碳纖維,得到4種石墨類型的混合粉末。采用冷等靜壓成形,壓制壓力200 MPa,保壓180 s;成形坯體采用1200℃真空燒結(jié)后再經(jīng)500 MPa壓力復(fù)壓;最后采用800℃真空退火獲得最終的鎳基復(fù)合材料。


          1.2 性能測(cè)試方法

          通過(guò)排水法對(duì)復(fù)合材料密度進(jìn)行測(cè)量;采用HBV30A布氏硬度計(jì)和DNS300型電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)分別檢測(cè)復(fù)合材料的硬度和抗彎強(qiáng)度;使用ZBC7000擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對(duì)沖擊韌性進(jìn)行試驗(yàn);利用CFT-I型材料表面性能綜合測(cè)試儀對(duì)試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),試驗(yàn)載荷為20 N;通過(guò)LSM700型激光共聚焦掃描顯微鏡和EVO-18/IncaX-Max型掃描電子顯微鏡觀察試樣的金相組織和摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)ズ邸?/span>


          2、結(jié)果及分析

          2.1 不同類型的石墨形貌

          4種類型的石墨在掃描電子顯微鏡下的微觀形貌如圖1所示,由圖可知:采用濕法氫還原工藝制備的鎳包石墨(圖1a) ,在石墨顆粒外部包裹一層鎳形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒材料;鱗片石墨(圖1b)則呈鮮明的片狀結(jié)構(gòu)且片層很薄,小于1μm,具有明顯的定向排列,層與層之間合力較弱,片層之間極易剝離;由于膠體石墨(圖1c)由2μm以下的顆粒形成,比其他3種石墨顆粒細(xì)小,且石墨顆粒均勻分布在有機(jī)溶劑中;碳纖維(圖1d)呈現(xiàn)棒狀形貌,其長(zhǎng)徑比約為1:10~ 1:20。



          2.2 鎳基復(fù)合材料的顯微組織形貌

          含不同石墨類型鎳基復(fù)合材料的金相組織形貌如圖2所示,由圖可知:膠體石墨分布最均勻,鱗片石墨和鎳包石墨次之,碳纖維的混合均勻程度最差。碳纖維由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理得到,團(tuán)聚較嚴(yán)重,采用三維混合方法難以均勻,因此制得的復(fù)合材料中碳纖維分布不均勻。



          2.3 石墨類型對(duì)鎳基復(fù)合材料密度的影響



          2.4石墨類型對(duì)鎳基復(fù)合材料硬度的影響


          2.5 石墨類型對(duì)鎳基復(fù)合材料抗彎強(qiáng)度和沖擊韌性的影響



          2.6 石墨類型對(duì)鎳基復(fù)合材料摩擦學(xué)性能的影響


          3、結(jié)論

          對(duì)添加鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維制備的鎳基復(fù)合材料力學(xué)、顯微結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能進(jìn)行了試驗(yàn)和分析,結(jié)果表明,不同的石墨類型對(duì)鎳基自潤(rùn)滑材料的物理性能和摩擦磨損性能具有重要的影響,相同配比下,鱗片石墨復(fù)合材料硬度為54 HB,抗彎強(qiáng)度為306 MPa,沖擊韌性為8.1 J/cm2,摩擦因數(shù)為0.185,磨損量為0. 029 4 mm3,較其他3種形態(tài)的石墨,添加鱗片石墨的鎳基復(fù)合材料綜合性能最優(yōu)。



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