Mo_2C改性C/C-Cu复合材料的组织及载流摩擦磨损性能

采用熔盐法在低密度炭/炭(C/C)坯体内孔表面制备了Mo_2C涂层,然后通过无压熔渗制备了C/C-Cu复合材料,研究了C/C-Cu复合材料的组织结构及载流摩擦磨损性能。结果表明:熔融Cu可自发渗入制备了Mo_2C内涂层的C/C坯体,复合材料中Cu相与C/C坯体形成相互贯穿的连通网络结构,Mo_2C涂层与Cu和热解炭(PyC)间均有良好的界面结合,反应生成Mo_2C过程中的催化石墨化及应力石墨化共同作用使C/C-Cu复合材料中Mo_2C涂层附近PyC的有序度提高。随载荷增大,C/C-Cu复合材料的摩擦系数逐渐降低,体积磨损率增大,而对偶的质量损失逐渐降低;载荷较大时材料磨损表面被摩擦膜覆盖的面积增大,但因粘着磨损摩擦膜的粗糙程度提高。材料磨损过程中还发生了氧化磨损,且载荷增大磨损表面O含量提高。     

C/ C坯体对 C/ C2Cu复合材料摩擦磨损行为的影响

采用无压熔渗方法制备炭纤维整体织物/炭2铜 (C/ C2Cu) 复合材料 , 在 MM22000型环2块摩擦磨损试验机上考察复合材料的摩擦磨损性能 , 利用扫描电子显微镜观察分析磨损表面形貌 , 研究 C/ C坯体对材料的摩擦磨损行为的影响及机制。结果表明 : 随着 C/ C坯体密度的增加 , 摩擦系数及 C/ C2Cu材料自身和对偶的磨损量均降低 ; 采用浸渍/炭化 ( I/ C) 坯体的 C/ C2Cu材料摩擦系数及自身和对偶件的磨损量均高于采用化学气相渗透(CVI) 坯体的试样; 摩擦面平行于纤维取向的试样摩擦系数低于垂直于纤维取向的试样 , 但磨损率较高。     

刹车速度对C/C复合材料摩擦磨损性能的影响

以炭纤维针刺毡为预制体,采用CVI法并结合液相法制备了热解炭与树脂炭为基质炭的准三维C/C复合材料,并研究了这种材料在不同刹车速度下的摩擦磨损性能.研究表明:C/C复合材料热解碳结构为粗糙层,材料的摩擦磨损性能随刹车速度变化而变化,摩擦系数在刹车速度为10 m/s时达最大值,磨损量随刹车速度的增加而增加,而氧化磨损在25 m/s时开始大量产生,28 m/s的最大刹车速度时达最大值;X射线检测发现刹车后摩擦面碳结构有序度比次摩擦面低,且随着刹车速度的增大,这种降低程度依次增大.     

热处理对炭/炭-铜复合材料载流磨损行为的影响

为探明炭/炭(C/C)多孔体热处理对炭/炭-铜(C/C-Cu)复合材料载流磨损行为的影响,采用化学气相渗透法(CVI)增密的C/C多孔体,再通过压力熔渗法制备C/C-Cu复合材料.采用载流动态磨损试验机测试C/C-Cu复合材料载流磨损行为,利用数字式三维视频显微镜和扫描电子显微镜观察复合材料磨损前后的表面形貌,研究了C/C多孔体经过2 000℃热处理对C/C-Cu复合材料载流磨损行为的影响.结果表明:C/C-Cu复合材料的质量磨损率和线磨损率比C/C多孔体未经热处理的复合材料分别降低了34.42%和17.84%;C/C多孔体经过2 000℃热处理,石墨化度提高,片层劈裂阻力减小,在载荷的作用下石墨片层易于劈裂形成细小的石墨微晶碎片,迅速填充修复表面缺陷,形成具有一定润滑作用、平整的摩擦膜,有效抑制了局部非均匀磨损的扩大,减弱了磨粒磨损和电弧放电引起的烧蚀、粘着、氧化磨损之间的循环交替磨损,载流磨损性能提高.     

不同制动速度下C/C复合材料摩擦面研究

采用MM-1000型摩擦磨损试验机测试了粗糙层基体炭C/C复合材料试样在不同制动速度下的摩擦磨损性能, 借助微区拉曼光谱和扫描电镜研究了试样摩擦面的结构与形貌。结果表明粗糙层基体炭C/C复合材料具有优异的摩擦速度特性。试样的摩擦系数和试验后摩擦面上碳原子的有序度无直接对应关系, 制动速度对摩擦系数的影响应归因于制动速度对摩擦面温升和摩擦膜厚度及完整性的影响。5m/s的低制动速度下, 试样因吸附水气摩擦系数持续低值(0.15), 摩擦面上无连续摩擦膜产生; 10m/s的制动速度下水气被解吸附, 摩擦面出现多层厚膜, 摩擦系数达到峰值(0.5), 此后, 随制动速度增加, 摩擦膜减薄, 材料磨损量呈下降趋势; 当制动速度增加到25m/s及以上, 摩擦面的温升导致氧化质量损失和线磨损增加, 摩擦系数也稍有衰减(0.3)。      

C/C及C/C-Cu复合材料的摩擦磨损性能

通过化学气相渗透(CVI)、树脂浸渍/碳化(I/C)的工艺制成多孔的C/C预制件,采用气体压力浸渗方法向预制体中渗入铜,制备出C/C-Cu复合材料。以高密度C/C复合材料(1.9g/cm~3)作为对比样,在MM-200型磨损试验机上对其摩擦磨损性能进行测试,并对其微观结构和摩擦磨损机理进行分析。研究结果表明:C/C-Cu的摩擦系数比C/C复合材料的低,这主要与摩擦表面的摩擦膜有关,铜在摩擦力带动下填充摩擦表面的凹坑,并与碳材料共同形成摩擦膜,摩擦膜的碳含量越高,润滑效果越好。当C/C预制件密度为1.59g/cm~3时,C/C-Cu的摩擦系数和磨损量均小于C/C复合材料,摩擦磨损性能良好。     

C/C复合材料摩擦磨损性能研究

综述了国内外对C/C复合材料摩擦磨损性能的研究现状.指出C/C复合材料的摩擦磨损机理为机械磨损和氧化磨损,在高温下(500℃以上)C/C复合材料的磨损是机械磨损和氧化磨损共同作用的结果,而氧化是磨损的根本原因;影响C/C复合材料摩擦磨损性能的因素有材料本身的因素,如复合材料的热解炭结构、密度、石墨化度、防氧化涂层等,也有实际操作条件的因素如刹车环境、刹车过程中的刹车速度、刹车能量等.提出对不同工艺制备的C/C复合材料的摩擦磨损性能有待于进一步研究.     

C/Cu复合材料磨损特性研究

介绍了一种用作无润滑摩擦副的新材料-碳纤维增强铜基复合材料(简称C/Cu复合材料)在无润滑条件下的磨损特性.结果表明,该材料具有较低的磨损率,且磨损率服从正态分布.通过对大量实验数据进行回归分析和概率计算,得到在给定磨损率条件下C/Cu复合材料不同失效概率的曲线.     

不同转速及载荷下炭/炭复合材料的摩擦磨损性能

在MM-200型摩擦磨损试验机上,对3K炭布叠层结构的炭/炭(C/C)复合材料进行低能条件下的摩擦磨损实验,用扫描电子显微镜对其磨损表面形貌进行观察分析.结果表明:在于摩擦条件下,随转速增加,复合材料的摩擦系数降低,磨损量增大.随载荷增加,复合材料的摩擦系数降低,磨损量增大.摩擦初始时主要磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损,润滑膜产生后主要磨损机理为疲劳磨损.炭/炭复合材料在低能条件下的磨损是正常磨损,其摩擦系数在0.1～0.2,温度在0～100℃之间.     

炭/炭复合材料摩擦性能与摩擦表面状态的关系

金相显微分析炭/炭复合材料试样的热解炭结构,测试不同试样的硬度和石墨化度值,在国产MM-1000型摩擦试验机上,进行模拟飞机正常刹车试验,通过扫描电镜(SEM)对摩擦后的表面及磨屑进行形貌观察,傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)定性地分析表面的摩擦膜,研究摩擦性能与摩擦表面状态的联系.结果表明:经过1600℃热处理后,炭/炭复合材料无法获得良好的摩擦磨损性能,碳微晶结构的缺陷和表面膜的不完整性,导致了明显的氧化及吸附的产生.2650℃热处理后,粗糙层(RL)结构热解炭具有更好的延展性,易于形成连续致密的具有自润滑效应的摩擦膜,但是更大程度上,增大了摩擦过程中的有效接触面积,碳结构的完整性及表面膜的实体完整性提高,与A试环相比具有较好的摩擦磨损性能;采用树脂炭补增密技术的双元炭基体试环,摩擦膜实体完整连续性得到进一步提高,对应了更少的氧化及吸附,表现出最佳的摩擦磨损性能.     

Reduced wear damage of carbon brushes via transfer layer upon W/Cu composite

An ultrafine (～100?nm) W particle-reinforced Cu matrix composite was fabricated by spark plasma sintering. The tribological properties of the fabricated W/Cu composite were tested by pin-on-disc sliding experiments and compared with those of brass alloy. The wear rate of the carbon brush when sliding against the W/Cu composite (0.102?mm?³s^?1) was much lower than that with brass (4.83?mm³?s^?1). Simultaneously, the W/Cu composite possessed higher conductivities and greater surface hardness than brass. The surface roughness of the W/Cu composite was found to play a critical role in improving the robustness of the tribofilm and reducing the volume loss of the carbon brush. The W/Cu composite has promising engineering applications for the long-term wear protection of self-lubricating materials.     

铜钛硅碳石墨合金材料摩擦磨损性能研究

为研究铜钛硅碳石墨合金材料摩擦磨损性能,通过常规的粉末冶金方法制备了铜钛硅碳石墨材料。对样品硬度等性能的测试,选择出87%Cu的最优配方。再用无流磨损和载流磨损实验测试其摩擦磨损性能,进而通过扫描电镜对磨损表面进行观察,探讨摩擦磨损机理。结果表明,无流磨损过程中,磨损量呈线性增长,磨损的主要形式为梨削;载流磨损过程中,磨损量呈非线性增长,随着行程的增加,磨损率降低,磨损的主要形式有梨削和电弧烧损,磨损率降低可能是杂质Al相弥散强化铜基体所致,其微观机理是一个复杂的各种机理的组合。     

钎焊工艺参数对C/C复合材料/Cu/Mo/TC4钎焊接头微观组织的影响

在钎焊温度为820～940℃,钎焊时间为1～30min的条件下,采用TiZrNiCu钎料、Cu/Mo复合中间层对C/C复合材料和TC4进行了钎焊实验。利用扫描电镜及能谱仪对接头的界面组织进行了研究。结果表明:在较低工艺参数下,Cu/C/C复合材料界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+TiCu+Cu2TiZr/TiC/C/C复合材料。随着工艺参数的提高,TiCu和Cu2TiZr反应相逐渐消失,Ti(Cu,Ni)2新相生成,此时的界面结构为Cu/Cu51Zr14/Ti2(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。钎焊工艺参数较高时界面结构为Cu/Cu51Zr14/Cu(s.s)+Ti(Cu,Ni)2/TiC/C/C复合材料。随着钎焊温度的增加以及保温时间的延长,界面反应层Cu51Zr14和TiC反应层厚度增加。     

新型自润滑YBa_2Cu_3O_7/Cu复合材料的制备及性能

采用草酸盐共沉淀法制备了YBa2Cu3O7(YBCO)粉体,利用真空热压烧结法制备了不同质量分数的YBCO/Cu复合材料,测定了YBCO/Cu复合材料的密度、硬度和电导率,利用MMU-5GA磨损试验机对YBCO/Cu复合材料进行了摩擦磨损试验。采用XRD、SEM和TEM对YBCO粉体及YBCO/Cu复合材料的微观结构、磨损表面形貌及物相组成进行了表征。研究了YBCO质量分数对YBCO/Cu复合材料组织及性能的影响。结果表明:所制备的YBCO粉体物相为Y123相,其层状结构明显,粉体纯度高、杂质少,粒度达到纳米级;纳米YBCO可显著细化YBCO/Cu复合材料的基体组织,提高复合材料的摩擦学性能。随着YBCO质量分数增加,基体组织中纳米YBCO颗粒分布均匀度降低,逐渐出现团聚;YBCO/Cu复合材料的电导率和密度降低,硬度先升高后降低,摩擦系数逐渐减小。3%YBCO/Cu复合材料的摩擦磨损性能最好。YBCO/Cu复合材料强化机制为Orowan强化、热错配强化和细晶强化;其磨损机制主要为塑变磨损、磨粒磨损和疲劳剥落。     

Cu对粉末冶金Fe3Al基复合材料性能的影响

研究了Cu含量对粉末冶金Fe3Al基复合材料的烧结性能和力学性能的影响,分析了施加载荷和改变转速对加入不同量铜粉末冶金Fe3Al基复合材料的摩擦磨损性能的影响,并借助电子显微镜和能谱分析了不同铜含量Fe3Al基复合材料的磨损机理.结果表明:加入12%的Gu可使Fe3Al基复合材料具有良好的烧结性能和力学性能;载荷和转速对复合材料的磨损形式受铜的加入量的影响;铜的加入影响复合材料的磨损形式和磨损机理,当含铜量较少时,复合材料以磨粒磨损为主,随加入铜的量的增多,其磨损形式变为磨粒磨损和轻微的粘着磨损形式,加入大量铜时,则以粘着磨损为主.     

Cu／C复合润滑剂的摩擦学性能

将纳米Cu和纳米金刚石复配成Cu／C复合添加剂,对Cu／C复合添加剂在500SN基础油中的减摩抗磨性能进行了研究。结果表明：Cu／C复合试油能明显改善500SN基础油的摩擦学性能,当纳米Cu的添加量为4％,纳米C的添加量为2％时,Cu／C复合试油的减摩效果最好,同500SN空白试油相比,摩擦系数可降低94．8％;当纳米Cu的添加量为3％,纳米C的添加量为4％时,Cu／C复合试油的抗磨效果最好,同500SN空白试油相比,磨损量减少108．6％。     

碳化硼颗粒增强Cu基复合材料的研究

研究了用表面涂覆含钛金属涂层的碳化硼颗粒增强Cu基复合材料[B4Cp/(TiB2 TiN)/Cu],并与未经涂覆的B4C颗粒增强Cu基复合材料（B4Cp/Cu)进行了对比。实验结果表明,前者的致密度和电导率比后者好。磨损实验结果表明,使用有涂层颗粒的复合材料的耐磨性比无涂层颗粒的好。通过对复合材料界面和磨损表面的电镜观察表明,B4C颗粒经过涂覆处理后,改善了复合材料的界面粘结性能,颗粒与基体间有良好的浸润性。     

A Composite Structure of Cu3Ge/Ge/C Anode Promise Better Rate Property for Lithium Battery

Much effort has been made to search for high energy and high power density electrode materials for lithium ion batteries. Here, a composite structure among Ge, C and Cu3Ge in Cu3Ge/Ge/C materials with a high rate performance of lithium batteries has been reported. Such Cu3Ge/Ge/C composite is synthesized through the in‐situ formation of Ge, C and Cu3Ge by one‐pot reaction. Density function theory (DFT) calculations and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) suggest a higher electron mobility of the hibrid Cu3Ge/Ge/C composites through the in‐situ preparation. As a result, remarkable charge rate over 300 C (fast delithiated capability) and outstanding cycling stability (≈0.02% capacity decay per cycle for 500 cycles at 0.5 C) are achieved for the Cu3Ge/Ge/C composites anode. These Cu3Ge/Ge/C composites demonstrate another perspective to explore the energy storage materials and should provide a new pathway for the design of advanced electrode materials.