為提高Cu基復(fù)合材料的減摩和耐磨性能,采用固相合成法制備出NbSe₂微納米片,再通過粉末冶金工藝制備出不同含量NbSe₂的Cu基復(fù)合材料。研究不同含量的NbSe₂對復(fù)合材料密度、硬度、電阻率和摩擦學(xué)性能的影響,并探討了試樣的減摩耐磨機理。利用XRD、SEM、TEM和EDS分析試樣的相組成、微觀形貌和元素含量。結(jié)果表明:制備出的NbSe₂微納米片呈層片狀結(jié)構(gòu)、純度較高且形貌規(guī)整。隨NbSe₂含量增加,復(fù)合材料密度降低、電阻率升高、硬度呈先升高后降低趨勢,且使材料的摩擦系數(shù)和磨損率得到不同程度的降低。當(dāng)NbSe₂添加量為20wt%時,Cu基復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能最好,這主要歸因于NbSe₂和Cu_xNbSe₂具有優(yōu)異的減摩功能。 

【文章來源】：熱加工工藝. 2020,49(20)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

Nb Se2微納米片SEM圖、TEM圖、HRTEM圖和SAED圖

圖1為Nb Se2微納米片的XRD圖譜和EDS圖譜。由Nb Se2的XRD圖譜可以看出：產(chǎn)物峰的位置和強度與Nb Se2的PDF卡片標(biāo)準(zhǔn)圖譜（PDF#65-7464）相一致，同時，產(chǎn)物的峰形尖銳，表明結(jié)晶度較高；半峰寬很小，表明晶粒尺寸較大。另外，由EDS圖譜分析可知，生成的產(chǎn)物包含Nb與Se兩種元素，且它們的原子百分比為35.05∶64.94，接近1∶2，且沒有檢測到其他雜質(zhì)元素。據(jù)此表明合成產(chǎn)物是Nb Se2。圖2為Nb Se2微納米片SEM、TEM、高分辨圖像（HRTEM）和選取區(qū)電衍射（SAED）圖。圖2(a）是Nb Se2微納米片的SEM。從圖中可看出，合成的Nb Se2形貌為六方片狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)物表面光滑，粒徑約2～3μm，厚度在0.5～1.0μm之間，且取向基本一致。圖2(b）和（c）分別是Nb Se2微納米片的TEM圖及HRTEM圖，所拍形貌與SEM圖片相吻合，而且觀察到Nb Se2其厚度方向呈明顯層狀結(jié)構(gòu)，且（002）晶面之間相距0.62nm。Nb Se2的晶格常數(shù)通過Jade得出：a=3.445魡，c=12.55魡。利用布拉格公式計算出（002）晶面間距約為6.2魡，即晶面間距理論值約為0.62 nm，與實際情況相吻合。此外，圖2(d）為產(chǎn)物入射方向[001]的選區(qū)電子衍射圖（SAED），對應(yīng)于Nb Se2的（010）、（110）、（100）等晶面，這說明制備的產(chǎn)物為密排六方晶系點陣結(jié)構(gòu)的Nb Se2。

圖3是復(fù)合材料中Nb Se2微納米片的XRD圖譜。可以發(fā)現(xiàn)，Cu峰為主要的衍射峰。除了Nb Se2外，還檢測到CuxNb Se2以及Cu2Se硬質(zhì)相。這是因為復(fù)合材料在750℃下燒結(jié)時，Cu原子擴散到Nb Se2的兩個Se原子層之間，形成Cu的Nb Se2插層化合物，可用通式CuxNb Se2表示[14]，另有小部分Nb Se2發(fā)生分解并與Cu反應(yīng)生成Cu2Se。由于Cu原子的插入，CuxNb Se2轉(zhuǎn)變?yōu)?H-Mo S2型結(jié)構(gòu)，仍屬于類石墨結(jié)構(gòu)，因此仍具有潤滑性和優(yōu)良的導(dǎo)電性能[14]。圖4是Cu/Nb Se2復(fù)合材料的組織結(jié)構(gòu)分布圖。從圖4中可以看出，純銅表面存在很多孔洞，說明粉末冶金制備的純銅不夠致密，組織較為疏松。添加了少量Nb Se2后，Nb Se2和CuxNb Se2、Cu2Se在銅基體中分布比較均勻，尤其添加量為20wt%，它們在基體中呈連續(xù)均勻的網(wǎng)狀形式，對銅基材料的力學(xué)性能起到增強作用[13]。然而，當(dāng)Nb Se2添加量進(jìn)一步提高到30wt%時，Nb Se2開始出現(xiàn)團(tuán)聚，割裂了基體的連續(xù)性，從而造成力學(xué)性能的下降。表2為Cu/NbSe2復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能，列出了Cu/NbSe2復(fù)合材料的密度、硬度和電阻率。隨著NbSe量的增加，試樣的密度逐漸減小，這是因為NbSe2的密度遠(yuǎn)小于Cu的密度，且燒結(jié)過程中NbSe2會阻礙試樣的致密化，從而形成更多的孔洞，導(dǎo)致密度的降低[12]。隨著NbSe2的加入，試樣的硬度呈先增加后降低的趨勢，純Cu的硬度最低為77.5HV。當(dāng)NbSe2的量為20wt%時，試樣的硬度最高達(dá)103.3 HV，這是因為NbSe2、CuxNbSe2和Cu2Se對Cu基材料起到彌散增強作用[12]。然而，NbSe2的添加量為30wt%時，材料的硬度有所下降，從上述的組織分布可以看出：過量的NbSe2易于團(tuán)聚，基體的連續(xù)性遭到破壞，從而使得材料的硬度降低�？梢钥闯�，試樣的電阻率隨Nb Se2量的增加不斷上升，這是因為NbSe2的電阻率為1×10-6Ω·m遠(yuǎn)高于純Cu的電阻率，同時燒結(jié)過程中生成的Cu2Se屬于半導(dǎo)體材料[15]，使得試樣的電阻率明顯上升。

【參考文獻(xiàn)】：
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本文編號：3004992