石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能 和可靠性的影响
Department中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心
张孝禹1; 樊恒中2; 黄晓鹏1; 胡天昌2; 宋俊杰2; 张永胜2; 胡丽天2
The second department特种油脂和密封材料组
2021-06-03
Source Publication摩擦学学报
Volume0Issue:0Pages:0
Abstract

采用真空热压烧结工艺制备了石墨相形态为粉体(~5 μm)、鳞片状(445-636 μm)和近球形颗粒状(200-300 μm)的铜/石墨复合材料, 考察了以Al2O3陶瓷为摩擦副条件下石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦磨损性能及作用机制的影响, 并探讨了材料在外载作用下的可靠性. 结果表明:石墨相形态不同时, 石墨相和金属铜在材料中的分布方式也随之改变,进而影响到材料的摩擦学性能和力学性能. 在保持复合材料中石墨相含量不变的基础上,将石墨相形态从微米级粉体转变为各向异性的大块鳞片状石墨,再转变为各向同性较好的大尺寸近球形颗粒状石墨时, 石墨相在材料中与金属铜形成的弱界面含量逐渐减小, 金属铜的三维连续性变的更好. 材料在受到外载破坏时,从石墨相与铜基体界面萌生裂纹的扩展应力可被连续金属铜及时吸收钝化,使材料抵抗裂纹破坏能力明显提高. 当石墨相为近球形颗粒状时,材料的抗弯强度、抗压强度、断裂韧性和冲击韧性分别高达155.4±3.6 MPa、353.5±24.7 MPa、5.3±0.6 MPa·m1/2和4.0±0.4 J·cm-2. 此外,石墨相形态对材料的摩擦学性能也有重要影响. 当石墨相以粉体形态存在时,石墨相与金属铜间形成的弱界面越多,铜基体的连续程度被石墨显著割裂,在摩擦力作用下割裂的铜颗粒易被剥离进入摩擦界面,与摩擦副形成“三体”磨损,导致材料的大量磨损. 当石墨相以鳞片状形态存在时,石墨相的聚集程度相对增加,使得金属铜的连续程度相对提高,可避免类似于材料中复合石墨粉体的磨屑产生过程的发生. 但是,鳞片状石墨呈大块片层状,形状各向异性,随着材料表面鳞片石墨的摩擦损耗,或者垂直于材料表面的鳞片石墨较多时,将造成摩擦副间摩擦系数较大的波动. 当石墨相为近球形颗粒状时,较为均匀的石墨相空间分布状态、三维连续结构铜基体和润滑相/承载基体呈现的软/硬交替结构使得铜/石墨复合材料具有低且平稳的摩擦系数以及优异的耐磨损性能. 材料与Al2O3对摩时的摩擦系数和磨损率分别低至0.13±0.02和5.4×10-6 mm3·N-1m-1.

Keyword铜/石墨复合材料 石墨形态 三维连续结构 力学性能 抗磨机制
MOST Discipline Catalogue工学 ; 工学::材料科学与工程(可授工学、理学学位)
Indexed ByEI
If1.741
Language中文
compositor第二作者单位
Document Type期刊论文
Identifierhttp://ir.licp.cn/handle/362003/27619
Collection中国科学院材料磨损与防护重点实验室/先进润滑与防护材料研究发展中心
Corresponding Author黄晓鹏; 宋俊杰
Affiliation1.甘肃农业大学
2.中国科学院兰州化学物理研究所
Corresponding Author AffilicationLanzhou Institute of Chemical Physics,Chinese Academy of Sciences
Recommended Citation
GB/T 7714
张孝禹,樊恒中,黄晓鹏,等. 石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能 和可靠性的影响[J]. 摩擦学学报,2021,0(0):0.
APA 张孝禹.,樊恒中.,黄晓鹏.,胡天昌.,宋俊杰.,...&胡丽天.(2021).石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能 和可靠性的影响.摩擦学学报,0(0),0.
MLA 张孝禹,et al."石墨相形态对铜/石墨复合材料摩擦学性能 和可靠性的影响".摩擦学学报 0.0(2021):0.
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