不同炭素材料在铜基粉末冶金材料中的摩擦学行为研究

作     者：谢奥林 

作者单位：广西民族大学 

学位级别：硕士

导师姓名：尹彩流

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 

主      题：炭素材料 铜基粉末冶金 摩擦材料 性能 摩擦磨损机理 

摘      要：基于高铁制动闸片国产化的技术需求,本文制备了不同含量的鳞片石墨、石墨烯、中间相炭微球以及化学气相沉积碳粉铜基粉末冶金材料。使用万能试验机研究其力学性能,使用摩擦磨损试验机研究其摩擦磨损性能,使用扫描电子显微镜观察摩擦表面及亚表面显微形貌,并使用能谱仪对其微区成分分析。结果表明:(1)随着炭素材料含量的增加,铜基粉末冶金材料的布氏硬度、密度、压缩强度出现下降趋势,开口孔隙率出现上升趋势,其中,1wt%的石墨烯-铜基粉末冶金材料具有最高的布氏硬度、密度以及压缩强度。(2)随着制动转速增加,各组材料的摩擦系数出现下降趋势,磨损率则出现上升趋势;其中,5wt%化学气相沉积碳粉-铜基粉末冶金材料具有最高的摩擦系数,5wt%鳞片石墨-铜基粉末冶金材料具有最低的磨损率。(3)鳞片石墨-铜基粉末冶金材料的摩擦表面出现了完整的摩擦膜,以及明显的表面犁沟现象,亚表面均观察到机械混合层和塑形紊流层,塑形紊流层的厚度与鳞片石墨含量呈正比关系。(4)1-4wt%的石墨烯-铜基粉末冶金材料的摩擦表面均出现完整的摩擦膜,1wt%石墨烯样品的亚表面未观察到明显的塑形紊流层,2-4wt%石墨烯样品摩擦表面出现肉眼可见的裂纹和剥落痕迹,5wt%石墨烯样品的亚表面机械混合层和塑形紊流层并不完整。(5)1-5wt%中间相炭微球-铜基粉末冶金材料摩擦表面出现了摩擦膜、表面犁沟及不同程度的裂纹,其亚表面也出现了完整的机械混合层和塑形紊流层。由于塑性紊流层裂纹扩展以及基体弱界面裂纹扩展,导致3-5wt%中间相炭微球样品的摩擦表面出现了片状剥落现象。(6)1-5wt%的化学气相沉积碳粉-铜基粉末冶金材料的摩擦表面均出现完整的摩擦膜,其亚表面也出现了完整的机械混合层和塑形紊流层。由于化学气相沉积碳粉与基体结合差以及其自身含有大量空隙,使得材料强度下降,导致3wt%、4wt%、5wt%化学气相沉积碳粉样品的摩擦表面分别出现垂直于犁沟方向的裂纹、鳞片状表面和明显的犁沟痕迹。(7)鳞片石墨-铜基粉末冶金材料的主要磨损机理为磨粒磨损和剥层磨损。1wt%的石墨烯-铜基粉末冶金材料的主要磨损机理为磨粒磨损,2-4wt%石墨烯时为磨粒磨损和剥层磨损共同作用,5wt%石墨烯时为黏着磨损。中间相炭微球-铜基粉末冶金材料的主要磨损机理为磨粒磨损和剥层磨损。1-2wt%的化学气相沉积碳粉-铜基粉末冶金材料的主要磨损机理为磨粒磨损,3-5wt%时主要磨损机理为磨粒磨损和剥层磨损共同作用。