基于放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù),采用粉末冶金的方法制備梯度銅碳復(fù)合材料和非梯度銅碳復(fù)合材料。并在專(zhuān)用銷(xiāo)-盤(pán)高速摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)HST-100上進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),研究載流條件下,梯度銅碳復(fù)合材料的摩擦磨損性能。結(jié)果表明:梯度銅碳復(fù)合材料（5 mass%C-10 mass%C）的摩擦系數(shù)平均值與同濃度（7.5 mass%C）非梯度銅碳復(fù)合材料相差不大,但其動(dòng)態(tài)摩擦系數(shù)的波動(dòng)性明顯減小。其摩損率與碳含量7.5 mass%C非梯度銅碳復(fù)合材料相比明顯降低,與碳含量為10 mass%的銅基復(fù)合材料相差不大,磨損率約為7 mg/m。梯度材料的載流效率和載流穩(wěn)定性和10 mass%C銅基復(fù)合材料的相近,分別約為74%和73%。對(duì)于非梯度材料:隨著石墨含量的增加,銅基復(fù)合材料的摩擦系數(shù)降低,摩擦系數(shù)波動(dòng)幅度也減小,磨損率降低,載流效率和載流穩(wěn)定性增加。采用放電等離子燒結(jié)（SPS）技術(shù)制備的銅基復(fù)合材料,磨損過(guò)程主要表現(xiàn)為機(jī)械磨損和電弧侵蝕。其中電弧侵蝕的行為主要是熔融、噴濺。非梯度復(fù)合材料的電弧侵蝕區(qū)域分布比較分散,在摩擦出口區(qū)域和材料的其他部位也都有存在,而梯度銅基復(fù)合材料的電弧燒蝕區(qū)域明顯減小,僅... 

【文章來(lái)源】：材料熱處理學(xué)報(bào). 2020,41(07)北大核心

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不同復(fù)合材料的磨損表面宏觀形貌

圖9是銅基復(fù)合材料載流摩擦磨損后表面進(jìn)出口的碳含量和氧含量的分布情況。從圖9(a)中可以看出,磨損表面的含碳量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于試樣自身的含量,在摩擦過(guò)程中,在進(jìn)口端機(jī)械磨損區(qū)域,石墨在表面上脫落,石墨涂抹到了表面。并且,由于電弧的噴濺作用,使石墨裸露在磨損表面。從而使摩擦表面形成了有一定厚度的石墨膜。而在進(jìn)口端,梯度材料和非梯度材料的碳含量差別不大,在進(jìn)口端磨損形式主要是機(jī)械磨損,主要以涂抹作用形成的碳膜,進(jìn)口處形成的石墨膜含量變化不大。而在出口處,梯度材料和非梯度材料相比,有明顯的差異。且在出口處,隨著試樣石墨含量的增加,其出口處的碳含量也相應(yīng)增加,而梯度材料的碳含量明顯高于非梯度材料。10 mass% C非梯度銅基復(fù)合材料的碳含量明顯低于梯度銅基復(fù)合材料,由于非梯度銅基復(fù)合材料的電弧侵蝕嚴(yán)重,梯度銅基復(fù)合材料的出口端的電弧侵蝕低于非梯度銅基復(fù)合材料,電弧溫度較高,造成石墨氧化,形成氣體,脫離材料。從圖9(b)中可以看出,在載流摩擦過(guò)程中,摩擦表面均存在氧化行為,碳的氧化物以氣體的形式散發(fā),而銅的氧化物則滯留在了摩擦表面。隨著石墨含量的增加,電弧侵蝕強(qiáng)度逐漸降低,因此,在出口處的氧含量降低。梯度銅基復(fù)合材料的氧含量最少。圖8 銅基復(fù)合材料的顯微組織(a)與對(duì)應(yīng)區(qū)域的元素能譜分析(b)

試驗(yàn)材料為電解純銅粉(粒度200目,密度為8.90 g/cm3,純度大于99.9%)和鱗片狀天然石墨粉(粒度200目,密度為2.20 g/cm3,純度大于99.9%)�；诘入x子燒結(jié)(SPS)技術(shù),采用粉末冶金方法分別制備了非梯度銅基復(fù)合材料(5 mass% C-95 mass% Cu(No.1)、7.5 mass% C-92.5 mass% Cu(No.2)、10 mass% C-90 mass% Cu(No.3))和雙層梯度復(fù)合材料(5 mass% C-95 mass% Cu和10 mass% C-90 mass% Cu(No.4))。圖1為粉末冶金制備的非梯度銅基復(fù)合材料和梯度銅基復(fù)合材料摩擦表面的微觀形貌。采用配料—混料—等離子放電燒結(jié)的工藝流程[16]制備銅基復(fù)合材料和梯度銅基復(fù)合材料。按試樣配比(5 mass% C-95 mass% Cu、7.5 mass% C-92.5 mass% Cu、10 mass% C-90 mass% Cu)分別稱(chēng)取組分并混合,加入紫銅球,按照球料比1∶1進(jìn)行混合,在V型混料機(jī)上混粉18 h;采用SPS-30放電等離子燒結(jié)爐真空燒結(jié),其最高燒結(jié)溫度為780 ℃。試樣制備燒結(jié)的升溫規(guī)范:在高真空爐膛內(nèi),升溫速度為100 ℃/min,溫度升至400 ℃ 時(shí)將燒結(jié)壓力增加至30 MPa,保溫1 min后繼續(xù)以100 ℃/min的速度升溫;燒結(jié)溫度升至780 ℃,保溫5 min,爐冷至200 ℃時(shí)卸載,繼續(xù)爐冷至室溫[8]。最后將?28 mm的燒結(jié)試樣,線切割成25 mm×9 mm×16 mm的塊試樣。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
[1]載流摩擦副的電弧損傷機(jī)制研究[D]. 楊正海.機(jī)械科學(xué)研究總院 2015
[2]載流摩擦磨損機(jī)理研究[D]. 董霖.西南交通大學(xué) 2008



本文編號(hào)：3043970