铜基SiC、碳洋葱自润滑复合材料的制备及其摩擦磨损性能研究

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本文选用镀铜纳米SiC颗粒和纳米碳洋葱颗粒,采用粉末冶金的办法制备了Cu/Nano-SiC复合材料和Cu/Nano-SiC+纳米碳洋葱自润滑复合材料。系统研究了纳米SiC颗粒表面镀铜、以及添加纳米碳洋葱对铜基复合材料物理性能、力学性能和耐磨性能的影响,并对其耐磨机理作了初步探究。采用化学镀可以在纳米SiC表面成功涂覆致密的铜镀层,之后利用粉末冶金以及复压复烧工艺制备了纳米SiC弥散强化铜基复合材料,之后通过添加固体润滑剂-碳洋葱制备出了Cu/Nano-SiC+纳米碳洋葱自润滑复合材料材料。分析了Nano-SiC颗粒表面修饰铜对复合材料界面结合及其性能的影响,以及纳米碳洋葱的添加对复合材料性能的影响。研究表明:采用复压复烧工艺能有效提高复合材料各项性能,纳米SiC表面镀铜能有效改善界面结合状况,进一步提高了复合材料的密度、硬度和抗弯强度,但导电性能随着增强体的加入而减弱。研究了不同载荷下复合材料的摩擦磨损性能,通过SEM、EDS等分析手段对表面磨痕及其成分的变化情况进行了分析,探讨了Cu/SiC复合材料和Cu/SiC+纳米碳洋葱自润滑复合材料的磨损机理。结果表明:纳米SiC表面化学镀铜处理可以改善Cu/SiC复合材料的磨损性能。低载荷时磨损机制是以粘着磨损为主;高载荷时则以磨粒磨损为主。Cu/SiC+纳米碳洋葱复合材料的磨损研究表明:碳洋葱可有效提高复合材料的耐磨损性能,低载荷时,在磨损表面形成了一层氧化物和碳洋葱润滑层,可降低材料磨损率,磨损界面的高温造成的氧化磨损是此时的主要磨损机制;高载荷时,由于润滑层被破坏,而碳洋葱不能得到有效补充,引起磨损率升高,磨损机制为:碳洋葱低含量时以磨粒磨损为主;高含量时以粘着磨损为主,同时伴有氧化磨损,但是随着碳洋葱的增加,破坏程度得到缓解,磨损率总体趋势逐渐降低。
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