亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        石墨/銅復(fù)合材料的載流摩擦磨損性能

        2013-10-21 00:56:56李雪飛上官寶張永振
        機(jī)械工程材料 2013年4期
        關(guān)鍵詞:載流鍍銅磨損率

        李雪飛,上官寶,張永振

        (河南科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,洛陽(yáng) 471003)

        0 引言

        石墨/銅復(fù)合材料集石墨良好的接觸潤(rùn)滑性和低的熱膨脹系數(shù)、密度以及銅的高電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和良好的延展性為一體,因而具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐磨、耐電弧燒蝕和抗熔焊等性能,廣泛用作各種電焊電極、電器工程開關(guān)的觸頭、發(fā)電機(jī)的集電環(huán)、電樞、轉(zhuǎn)子、電力機(jī)車受電弓滑板和空架接觸導(dǎo)線等的材料[1-3]。在該復(fù)合材 料中,石墨顆粒均勻地分布于銅基體中,金屬銅連接為三維空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),從而保證其了良好的導(dǎo)電性能[4]。但由于銅和石墨的潤(rùn)濕性極差,即使在1 100 ℃時(shí)兩者的潤(rùn)濕角也高達(dá)140°[5],所以石墨/銅界面只能是機(jī)械互鎖,結(jié)合強(qiáng)度較低,導(dǎo)致復(fù)合材料的物理和力學(xué)性能難以滿足較高的應(yīng)用要求。研究表明,改善其性能的有效途徑是在石墨表面鍍銅,從而增強(qiáng)銅基體與石墨的界面結(jié)合力。

        目前多數(shù)相關(guān)文獻(xiàn)對(duì)石墨/銅復(fù)合材料的制備工藝和摩擦性能論述較多,但對(duì)其摩擦磨損機(jī)理的分析還不夠全面,而且石墨表面鍍銅對(duì)復(fù)合材料摩擦性能的影響還未見深入探討,所以在不同石墨含量條件下,研究石墨表面鍍銅處理對(duì)復(fù)合材料摩擦磨損性能的影響具有重要的實(shí)際意義。為此,作者選用同一粒徑的鍍銅與不鍍銅石墨,運(yùn)用冷壓燒結(jié)法制備了不同石墨含量的石墨/銅復(fù)合材料,探討了其在載流條件下的摩擦磨損性能與磨損機(jī)理。

        1 試樣制備與試驗(yàn)方法

        1.1 試樣制備

        試驗(yàn)原料為粒徑150μm 的高純天然鱗片狀石墨,先對(duì)其進(jìn)行粗化、敏化、活化等表面處理,然后進(jìn)行化學(xué)鍍銅,再用蒸餾水清洗,之后在真空干燥箱中干燥。采用計(jì)算富氧氣氛中高溫氧化鍍銅石墨質(zhì)量損失的方法測(cè)定石墨的含量[6],得到石墨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35.4%。

        將同一粒徑的鍍銅石墨粉和不鍍銅石墨粉分別與粒徑為75μm 的電解銅粉(純度為99.9%)按照石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%,10%,15%進(jìn)行配料,充分混料成為六組混合粉體,之后于380MPa壓力下壓制成坯,再在氫氣保護(hù)的鐘罩爐內(nèi)燒結(jié)成型,燒結(jié)溫度為850~860℃,保溫1h,最后將燒結(jié)體加工成規(guī)格為φ9mm×25mm 的銷試樣進(jìn)行載流摩擦磨損試驗(yàn)。

        1.2 試驗(yàn)方法

        在自制的HST-100型銷-盤式載流摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示,銷試樣為制備得到的石墨/銅復(fù)合材料,對(duì)偶摩擦盤為QCr0.5銅合金。

        圖1 銷-盤式摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.1 Sketch image of the pin-disk friction and wear tester

        試驗(yàn)電源采用交流恒流電源,電流為50A,滑動(dòng)速度分別為5,10,20,30m·s-1,載荷30N,試驗(yàn)時(shí)間為10~20s。采用精度為0.1mg的LIr3200D 型電子分析天平稱量試驗(yàn)前后銷試樣的質(zhì)量,計(jì)算得到磨損率;摩擦力經(jīng)由扭矩傳感器輸出至計(jì)算機(jī)中,經(jīng)計(jì)算得到摩擦因數(shù);用JSM-5610LV 型掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)磨損后銷試樣的表面形貌進(jìn)行觀察。

        2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

        2.1 摩擦因數(shù)和磨損率

        圖2中鍍銅石墨/銅復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱鍍銅石墨復(fù)合材料)用P 表示,不鍍銅石墨/銅復(fù)合材料(簡(jiǎn)稱未鍍銅石墨復(fù)合材料)用UP表示,前面數(shù)字表示石墨含量??梢姡瑑煞N石墨復(fù)合材料的摩擦因數(shù)均隨石墨含量的增多而降低,隨滑動(dòng)速度的提高而增大。這是因?yàn)殡S復(fù)合材料中石墨含量的增多,摩擦面上石墨所占的面積也增大,而且石墨分布得更均勻,從而使得石墨能有效地為摩擦面提供潤(rùn)滑介質(zhì),從而降低了摩擦因數(shù);滑動(dòng)速度的增大使得摩擦過程中的摩擦熱增多,摩擦面溫度升高,摩擦溫度會(huì)直接影響到石墨潤(rùn)滑層的氧化和破壞,同時(shí)由于石墨具有耐電弧燒蝕性能,其潤(rùn)滑層的破壞會(huì)增大電弧發(fā)生的幾率,從而導(dǎo)致摩擦面因電弧激發(fā)而產(chǎn)生電蝕坑,從而增大摩擦面的粗糙度,進(jìn)而使摩擦因數(shù)增大[7]。

        另由圖2可見,當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%和10%時(shí),鍍銅石墨復(fù)合材料在各滑動(dòng)速度下的摩擦因數(shù)均小于不鍍銅石墨復(fù)合材料的;石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí),滑動(dòng)速度大于20m·s-1后,鍍銅石墨復(fù)合材料的摩擦因數(shù)大于不鍍銅石墨復(fù)合材料的。這是由于石墨鍍銅后提高了銅基體與石墨增強(qiáng)體的界面結(jié)合強(qiáng)度,在摩擦表層的石墨顆粒能夠更牢固地分布于銅基體中,在摩擦過程中能夠減少因界面結(jié)合強(qiáng)度小而產(chǎn)生的剝落,為摩擦面提供了穩(wěn)定的潤(rùn)滑介質(zhì),這與僅靠界面機(jī)械互鎖的不鍍銅石墨復(fù)合材料相比能有效提高潤(rùn)滑質(zhì)量,減小摩擦因數(shù)。

        圖2 滑動(dòng)速度對(duì)不同復(fù)合材料摩擦因數(shù)的影響Fig.2 Effect of sliding rate on friction coefficient of different composites

        由圖3可見,當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%時(shí),兩種石墨復(fù)合材料的磨損率隨著滑動(dòng)速度的增加而變大,且其在30m·s-1滑動(dòng)速度下的磨損率約為5 m·s-1下的2倍以上。這是因?yàn)榛瑒?dòng)速度的增大會(huì)造成單位時(shí)間內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量增多,導(dǎo)致摩擦表面溫度顯著升高、強(qiáng)度降低,銅基體剝落和石墨氧化造成材料質(zhì)量損失增加,磨損率加大。當(dāng)石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和15%時(shí),石墨復(fù)合材料的磨損率并未隨滑動(dòng)速度的增大而增加,這是因?yàn)槭窟_(dá)到一定值后,就能夠有效提供潤(rùn)滑介質(zhì),降低摩擦熱和電弧熱的產(chǎn)生,從而保證材料的強(qiáng)度,使磨損率維持在一個(gè)較低的水平。在相同的滑動(dòng)速度下,石墨含量的增多能夠有效降低材料的磨損率,這是因?yàn)槭康蜁r(shí),復(fù)合材料的摩擦表面中石墨所占面積較小,在摩擦中提供的潤(rùn)滑介質(zhì)較少,從而造成了銅基體與摩擦副摩擦?xí)r產(chǎn)生的摩擦熱較多,同時(shí)電弧強(qiáng)度高而產(chǎn)生電弧熱,摩擦表面受熱變軟,強(qiáng)度下降,致使銅基體被拔出造成質(zhì)量損失,磨損率較大;而在石墨含量較高時(shí),復(fù)合材料的摩擦表面中石墨所占面積較大,能夠有效提供潤(rùn)滑介質(zhì),同時(shí)石墨具有滅弧作用,能夠有效減少電弧的產(chǎn)生,從而減少熱量的產(chǎn)生,保證了復(fù)合材料的強(qiáng)度,使質(zhì)量損失減小,磨損率降低。石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)石墨復(fù)合材料的磨損率最小,這說明可能存在一個(gè)最佳的石墨含量使得磨損率較低。

        圖3 滑動(dòng)速度對(duì)不同復(fù)合材料磨損率的影響Fig.3 Effect of sliding rate on wear rate of different composites

        另由圖3可見,在各滑動(dòng)速度下,石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的鍍銅石墨復(fù)合材料的磨損率均低于相同石墨含量不鍍銅石墨復(fù)合材料的,而石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%和15%的鍍銅石墨復(fù)合材料的磨損率則大于相同石墨含量不鍍銅石墨復(fù)合材料的。可見由于石墨與銅密度相差較大,在石墨含量較大時(shí)石墨的體積分?jǐn)?shù)也較大,石墨與銅在材料組織中的體積比相差不大,石墨鍍銅對(duì)提高材料力學(xué)性能的作用有限,在載流摩擦條件下出現(xiàn)了鍍銅石墨復(fù)合材料磨損加劇的結(jié)果;而石墨含量較低時(shí),石墨的體積分?jǐn)?shù)也較小,鍍銅后的石墨相比不鍍銅的石墨能夠更緊密地結(jié)合于三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的銅基體中,在載流摩擦中減少剝落而提高潤(rùn)滑性能,最終使材料的磨損率減小。

        2.2 磨損表面形貌

        圖4 不同復(fù)合材料在不同滑動(dòng)速度下磨損表面的SEM 形貌Fig.4 SEM morphology of worn surface of different composites at different sliding rates:(a)composite with 15wt%graphite without copper-plating,sliding rate of 30m·s-1;(b)composite with 5wt%copper-plated graphite,sliding rate of 5m·s-1;(c)composite with 5wt%copper-plated graphite,sliding rate of 30m·s-1and(d)composite with 15wt%copper-plated graphite,sliding rate of 30m·s-1

        在圖4(c)中,復(fù)合材料摩擦表面沿滑動(dòng)方向出現(xiàn)了交替的裂口和凹穴,這是由于在摩擦熱、電阻熱和電弧熱的高溫作用下,摩擦表層的銅基體發(fā)生熔融軟化進(jìn)而轉(zhuǎn)移到對(duì)磨盤上,而后又粘附到復(fù)合材料表面,如此反復(fù)造成了材料質(zhì)量的損失,其主要磨損機(jī)制為粘著磨損。圖4(d)中的材料表面相對(duì)圖4(c)的表面更光滑,可見摩擦過程中摩擦面潤(rùn)滑良好,這表明石墨含量的增加能夠有效改善摩擦面的潤(rùn)滑條件;在滑動(dòng)方向也出現(xiàn)了犁溝現(xiàn)象,說明其主要磨損機(jī)制為磨粒磨損。與圖4(c)相比,圖4(b)中電弧燒蝕銅基體形成的瘤狀物較少,這表明在較低的滑動(dòng)速度下產(chǎn)生的電弧強(qiáng)度低,進(jìn)而電弧侵蝕減少。圖4(a)中電弧燒蝕產(chǎn)生的瘤狀物數(shù)量多、尺寸大,已看不到犁溝和裂口,這說明電弧燒蝕已成為其主要的磨損機(jī)制,與圖4(d)相比可知,石墨鍍銅能夠顯著提高材料的潤(rùn)滑性能,減少電弧的發(fā)生,從而提高復(fù)合材料的耐磨性能。

        3 結(jié)論

        (1)石墨含量的增加能夠顯著降低鍍銅石墨/銅復(fù)合材料在載流摩擦條件下的摩擦因數(shù),且其磨損率在石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%時(shí)最低。

        (2)鍍銅石墨能夠有效降低復(fù)合材料的摩擦因數(shù),從而提高載流摩擦性能,但對(duì)耐磨性能影響趨勢(shì)不明顯。

        (3)石墨/銅復(fù)合材料在載流磨擦過程中同時(shí)存在粘著磨損、磨粒磨損和電弧燒蝕磨損機(jī)制,磨損機(jī)制隨摩擦條件的不同而變化。

        [1]金永平,郭斌,鄭艾龍,等.銅基受電弓滑板試件電阻率和磨損性能研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2003,35(4):441-446.

        [2]FUTAMI T,OHIRA M,MUTO H,etal.Indentation contact behavior of copper-graphite particulate composites:Correlation between the contact parameters and the electrical resistivity[J].Carbon,2008,46:671-678.

        [3]馬行馳,何國(guó)求,何大海,等.銅石墨合金材料在載流條件下的摩擦磨損行為研究[J].摩擦學(xué)學(xué)報(bào),2008,28(2):167-172.

        [4]ZHAN Y Z,ZHANG G D,WU Y Y.Effect of surface metallization of graphite on the tribological properties of copper hybrid composites[J].Scandinavian Journal of Metallurry,2004,33(2):80-87.

        [5]蔣文忠.石墨粉末鍍銅工藝及性能的研究[J].炭素技術(shù),2002(5):23-25.

        [6]李闖,夏金童,商玲玲,等.電鍍法石墨粉鍍銅工藝及銅含量的測(cè)定[J].機(jī)械工程材料,2007,31(5):27-29.

        [7]HE D H,MANORY R.A novel electrical contact material with improved self-lubrication for railway current collectors[J].Wear,2001,249(7):626-636.

        猜你喜歡
        載流鍍銅磨損率
        Si3N4/PTFE復(fù)合材料轉(zhuǎn)移膜形貌與磨損率定量分析
        結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)水力旋流器壁面磨損的影響研究
        煤炭工程(2024年1期)2024-02-22 11:17:46
        計(jì)及趨膚效應(yīng)的套管載流結(jié)構(gòu)損耗分析
        空間組合彎頭氣固兩相流動(dòng)磨損特性的數(shù)值模擬
        P2離合器摩擦片磨損率臺(tái)架測(cè)試方法
        基于Controller Link總線的硫酸鹽鍍銅溫控系統(tǒng)
        碳纖維布化學(xué)鍍銅工藝的研究
        鈦合金無氰堿性鍍銅工藝
        化學(xué)鍍銅液自動(dòng)分析補(bǔ)充系統(tǒng)設(shè)計(jì)
        220kV架空線與電纜的截面匹配方案的構(gòu)建
        日韩亚洲一区二区三区在线| 国外亚洲成av人片在线观看| 乱人伦中文字幕成人网站在线| 在线观看国产三级av| 亚洲精品一区二区三区国产| 亚洲av色在线播放一区| 亚洲国产亚综合在线区| 黑人巨大精品欧美一区二区| 国产美女遭强高潮网站| jk制服黑色丝袜喷水视频国产| h视频在线观看视频在线| 色婷婷色丁香久久婷婷| 欧美精品亚洲精品日韩专区 | 精品国内自产拍在线观看| 国产一区二区精品久久凹凸| 精品少妇一区二区三区四区| 国产精品高清视亚洲乱码| 一区二区三区中文字幕| 国产suv精品一区二区| 亚洲一区精品中文字幕| 自拍偷拍亚洲视频一区二区三区| 国产午夜在线视频观看| 无码国产精品一区二区免费式直播| 麻豆av传媒蜜桃天美传媒| 国产高潮精品一区二区三区av| 成人久久精品人妻一区二区三区| 久久精品中文字幕无码绿巨人| 国产麻豆精品久久一二三| 久久天堂av色综合| 在线观看日本一区二区三区| 亚洲中文字幕av天堂自拍| 亚洲av无码一区二区乱孑伦as| 国产极品美女高潮抽搐免费网站 | 日韩精品无码久久久久久| 男女激情床上视频网站| 日韩精品久久午夜夜伦鲁鲁| 韩国三级大全久久网站| 久久无码高潮喷水| 在线不卡中文字幕福利| 久久一区二区三区少妇人妻| 成人做爰69片免费看网站野花|