发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

粉末冶金法制备三维(3D)石墨烯增强铜基复合材料的性能

在Cu-5%Sn合金中加入0～0.4%(质量分数)的3D石墨烯作为增强体,采用粉末冶金法制备3D石墨烯/Cu-5%Sn复合材料,并测试材料的密度、电阻率、抗拉强度、冲击强度、布氏硬度和摩擦磨损性能。结果表明:随3D石墨烯含量增加,3D石墨烯/Cu-5%Sn复合材料的密度和抗拉强度减小,电阻率小幅升高,磨耗量增大;受石墨烯含量的影响不大,材料的摩擦因数受石墨烯含量的影响不大,随制动转速增大而减小。3D石墨烯增强体含量为0.4%的复合材料,摩擦因数稳定性最好。当3D石墨烯加入量为0.2%时,冲击强度为32.5 J/cm2,比基体材料Cu-5%Sn合金提高57.0%;当3D石墨烯加入量为0.1%时,复合材料的布氏硬度(HBW)和伸长率分别为122.0和11.52%,比Cu-5%Sn合金提高22.0%和10.5%。复合材料断口形貌为韧窝花样,为典型的韧性断裂。     

不同试验模式下C/C-Cu复合材料的摩擦磨损特性

采用无压熔渗工艺制备1种新型的具有自润滑耐磨性能的炭纤维整体织物/炭-铜(C/C-Cu)复合材料,分别在环-块运动模式、销-盘运动模式和往复运动模式下对该材料的摩擦磨损特性进行研究,并与粉末冶金方法制备的滑板用C/Cu复合材料进行性能比较。结果表明:C/C-Cu复合材料在不同试验模式下表现出迥异的摩擦磨损特性。往复运动模式下试样表面形成完整光滑的磨屑层,摩擦因数和磨损量均分别维持在0.02和1.70 mm3的较低水平,摩擦磨损性能优于C/Cu复合材料;环-块模式下试样磨损面粗糙,摩擦因数最高,达到0.25以上,磨损量最低,仅为0.75 mm3与C/Cu复合材料的摩擦磨损性能相当;销-盘模式下试样的磨损量远高于其它2种摩擦模式,最高达55 mm3,摩擦磨损性能比C/Cu复合材料差。     

增强体含量对TiC/316L复合材料性能的影响

采用粉末冶金法制备增强体颗粒含量为0%、2%、5%、10%和15%的TiC/316L不锈钢复合材料。利用Zwick Roell Z202拉伸试验机测试复合材料的拉伸性能,利用MM-200型环块磨损试验机测试复合材料在干摩擦条件下的摩擦磨损性能,研究TiC颗粒含量对复合材料性能的影响。结果表明:随TiC颗粒的引入,复合材料的强度得到提高,但TiC含量过高,TiC颗粒容易在晶界聚集,导致孔隙的产生和界面连接性的恶化,使复合材料的性能下降。当TiC含量为5%时,复合材料的耐磨性能最好;当TiC含量为10%时,复合材料表现出最高的抗拉强度(655.3 MPa)。     

热等静压法制备NbC颗粒增强45CrMoV复合材料的组织与性能

采用机械球磨和热等静压(hot isostatic press,HIP)相结合的方法制备NbC颗粒增强45CrMoV弹簧钢基复合材料(NbCp/45CrMoV),观察该材料的显微组织、增强颗粒分布和界面结合情况,检测其相对密度、硬度、拉伸性能和摩擦磨损性能,并探讨其断裂行为和磨损机理。结果表明,NbCp/45CrMoV复合材料的组织均匀细小,NbC颗粒均匀地弥散分布在基体之中,且与基体界面结合良好,相对密度达到99%以上。与45CrMoV弹簧钢相比,该材料的硬度和弹性模量增大,分别为44 HRC和208 GPa,抗拉强度略有降低,为1 250 MPa;伸长率由11%减小到2%;耐磨性能大幅提高,特别是在高载荷下,例如700 N时,质量磨损只有HIP 45CrMoV的1/4,摩擦因数有所增大。     

石墨烯增强铝基复合材料研究进展

铝基复合材料作为金属基复合材料中最重要的材料之一,在工业生产以及日常生活中有着非常广泛的应用。石墨烯由于其高导热性、高阻尼性、高弹性模量、高强度以及良好的自润滑性成为复合材料中重要的增强体。将石墨烯用作增强体增强铝基复合材料有着非常大的应用潜力。归纳了石墨烯增强铝基复合材料的研究进展;总结了影响其性能的主要因素即增强体材料种类,石墨烯在铝基体中的均匀分散性以及铝基体与石墨烯之间的界面情况;介绍了石墨烯增强铝基复合材料的两种制备方法;分析了石墨烯增强铝基复合材料的增强机制;并展望了其发展前景,以期为制备高性能石墨烯增强铝基复合材料提供参考。     

SiC/C-Cu复合材料的载流磨损性能

采用粉末冶金法制备SiC/C-Cu复合材料,研究SiC颗粒含量对该材料组织结构与物理性能的影响,并在HST-100载流摩擦磨损试验机上进行载流磨损试验,研究摩擦速度、电流密度与SiC颗粒含量对SiC/C-Cu复合材料磨损率的影响以及磨损机理的变化。结果表明:SiC颗粒均匀分布于铜基体中。随SiC含量增加,复合材料的硬度和孔隙率都逐渐增大,密度和导电率降低。添加SiC颗粒可增强C-Cu复合材料的抗磨损性能,材料的磨损率随摩擦速度和电流密度增加而增加,随SiC含量增加呈先降低后上升的趋势,含2%SiC(质量分数)的SiC/C-Cu复合材料具有优异的抗载流磨损性能。添加SiC颗粒可减少摩擦磨损过程中铜基体的粘着磨损,磨损机理主要为磨粒磨损和电弧侵蚀磨损。     

石墨烯含量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响

通过机械混合、低温球磨结合热挤压工艺制备了石墨烯增强铝基复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、能谱分析(EDS)和室温拉伸力学性能测试等手段,对石墨烯纳米片添加量对铝基复合材料微观组织和力学性能的影响进行了研究。研究结果表明,当石墨烯添加量为0.5%(质量分数),石墨烯基体沿着纳米晶铝的晶界均匀分布,石墨烯/铝界面结合良好。当石墨烯含量大于1.0%时,石墨烯在铝基体中分散性变差,容易团聚形成夹杂,使得石墨烯/铝界面结合变差。铝基复合材料的强度随着石墨烯添加量的增大先升高后降低。当石墨烯添加量为1.0%时,复合材料的强度达到最大值(抗拉248 MPa),与未添加石墨烯的纯铝相比,抗拉强度提高了68.7%。石墨烯增强铝基复合材料的塑性随着石墨烯添加量的增大,先保持不变而后急剧下降。当石墨烯添加量为0.5%,复合材料塑性与纯铝塑性相当。当石墨烯添加量为1.0%,延伸率为8.3%,此时材料的强韧性匹配度较好。     

C/C-Cu复合材料的摩擦磨损行为

采用无压熔渗方法制备1种新型的C/C-Cu复合材料,研究该材料与紫铜对偶在干摩擦往复运动条件下的磨损行为,系统考察载荷30～70 N和速度0.25～1.0 m/s范围内摩擦副材料的磨损性能;通过对磨损表面及磨屑的显微分析,建立C/C-Cu复合材料的磨损机制转变图。结果表明:在选定的试验条件下,根据C/C-Cu复合材料的磨损程度,可将磨损图划分为轻微磨损区和严重磨损区。在轻微磨损区,低载荷下的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损;在较高载荷下,磨损主要由磨屑膜的脱落引起;在严重磨损区,复合材料的磨损机制为剥落磨损。     

短碳纤维增强铜合金复合材料的摩擦磨损机理研究

采用冷压烧结方法制备了碳纤维增强铜合金复合材料(Cf/Cu-Sn-Zn)和ZQSn663锡青铜.对摩擦磨损性能进行了对比研究,并对磨损机理进行了讨论.实验结果表明,Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的磨损率和摩擦系数低于ZQSn663锡青铜.当碳纤维体积含量达到12%时,复合材料的摩擦磨损性能达到最佳.SEM和EDS分析结果表明,ZQSn663锡青铜的磨损机制主要是黏着磨损.Cf/Cu-Sn-Zn复合材料的磨损是黏着磨损和氧化磨损共同作用的结果.     

连续高温制动条件下颗粒增强铁基复合材料的摩擦磨损性能

采用粉末冶金烧结工艺制备了颗粒增强铁基复合材料,研究了颗粒增强铁基复合材料在连续高温制动条件下的摩擦磨损性能。通过扫描电子显微镜观察、能谱分析和热电偶测温等方法研究了摩擦系数、力矩、稳定系数和磨损率的变化规律,并分析相应磨损机理。结果表明：随接合次数增加,摩擦副温度显著提高,在表面形成多层结构的摩擦膜,可有效减少黏着倾向和犁沟效应,因此平均摩擦系数和平均力矩呈先上升后下降趋势,稳定系数下降。前期摩擦副接合以黏着磨损和磨粒磨损为主,磨损率较高;后期接合摩擦膜起到保护作用,以摩擦膜层间和边缘的疲劳磨损为主,磨损率较低。     

热压法制备Zr基非晶颗粒增强聚苯硫醚复合材料的摩擦磨损性能

用氩气雾化法制备的Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)非晶粉末作为填充材料,采用热压工艺制备非晶/聚苯硫醚(PPS)树脂复合材料,对材料的摩擦磨损性能进行检测,分析磨损机理,并与Al_2O_3颗粒作为填料的PPS树脂基复合材料进行对比。结果表明:以Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)非晶颗粒作为填充物,可降低PPS的摩擦因数,减小磨损量,对于PPS树脂材料抗磨性能的提升效果优于传统无机填料Al_2O_3。随非晶颗粒含量(体积分数)从0增加到40%,复合材料的摩擦因数与磨损量均逐步降低而后略有增加,磨损机理则从粘着磨损过渡到磨粒磨损,最终转为疲劳磨损。30%Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)/PPS复合材料的质量磨损仅为纯聚苯硫醚的20.4%。Zr_(50)Cu_(40)Al_(10)非晶颗粒与摩擦副发生化学反应,参与转移膜的形成,并提高转移膜与摩擦副的结合强度,减少摩擦副表面的微凸体,从而降低摩擦副对复合材料基体的磨损。     

竹纤维表面碱处理对纤维增强树脂基摩擦材料摩擦学性能的影响

通过对竹纤维采用不同工艺的碱处理后,采用热压法制备改性竹纤维增强树脂基复合材料,并对竹纤维表面结构、复合材料的摩擦学性能以及磨损表面形貌进行研究。结果表明:对竹纤维进行碱处理,可有效提高纤维增强树脂基摩擦材料制动时的摩擦因数及摩擦因数稳定性。当NaOH溶液的质量浓度为200 g/L、处理时间为48 h时,该复合材料具有较好的摩擦磨损性能,平均摩擦因数由未处理时的0.21提高到0.26,总体积磨损率由2.57×10-7cm3/(N·m)降低至1.18×10-7 cm3/(N·m),摩擦因数偏差保持在0.08的较低水平。竹纤维经碱处理后木质素中的不同基本结构单元均发生不同程度的分解,表面变得粗糙,纤维束分裂成更小的纤维,纤维取向更接近轴向,提高了竹纤维与树脂基体界面粘结能力;同时经碱处理后的竹纤维可保持对基体和填料的强支撑作用,在高温下复合材料不易出现热衰退现象,摩擦学性能得到改善。     

镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响

通过镍的添加来改善铜与石墨烯之间较差的界面结合性能,从而提高铜基石墨烯复合材料的力学和电学性能。本实验采用放电等离子(SPS)烧结技术制备了石墨烯含量为0.2%(质量分数,下同),镍含量分别为1.0%,1.5%和2.0%的镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合材料。利用拉曼光谱(Raman)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等表征手段,对镍掺杂石墨烯/铜(G-Cu/Ni)复合粉末的形貌和石墨烯的结构进行了研究,揭示了不同镍含量对铜基石墨烯复合材料力电性能的影响。结果表明:随着镍含量的增加,复合材料的硬度随之增加,屈服强度先升高后降低;其电学性能随着镍含量的增加而逐渐降低。当镍含量为1.0%时,复合材料的力学和电学性能达到较好的配合:复合材料的屈服强度为320.3 MPa(相对于未添加镍的石墨烯/铜复合材料而言提高了31.08%),电导率为45.72 MS·m~(-1),其电导率百分值(IACS)高达80.21%。     

银/石墨烯复合润滑添加剂对于润滑油摩擦性能的影响

通过化学还原合成了银包覆石墨烯(Ag/RGO)复合添加剂, 利用X射线衍射仪和扫描电镜分析了样品相成分和微观形貌, 采用UMT-2摩擦磨损试验机测定了Ag/RGO复合润滑油添加剂的摩擦性能。结果表明: 纳米银颗粒均匀分布在石墨烯片上, 银颗粒的粒径大约200nm。在摩擦磨损试验过程中, 摩擦副与磨损表面的凹凸点直接接触, 纯润滑油的润滑作用较差; 在润滑油中添加Ag/RGO复合添加剂, 在摩擦初始过程中, 摩擦副与磨损表面也是凹凸点直接接触, 随着磨损时间的增加, Ag/RGO复合添加剂在摩擦副与磨损表面之间形成一层润滑膜, 阻隔摩擦副与磨损表面直接接触, 产生边界润滑; 另外, 部分纳米银颗粒可起到微轴承作用, 使得改性后的润滑油润滑性能更好。     

涂覆颗粒增强耐热铝基复合材料的力学及摩擦磨损性能

研究了经真空热压、热挤压工艺制备的涂覆颗粒(化学涂层工艺)增强Al-Fe-V-Si耐热铝合金基复合材料在不同温度下的力学性能与摩擦磨损性能.实验结果表明:涤覆后的SiC_p与基体结合更加牢固,涂覆层(Ni)的加入降低了材料内部颗粒(SiC_p)与基体(Al-Fe-V-Si)之间的孔隙,10％SiC(Ni)/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料在室温的断裂强度分别比基体和10％SiC_p/Al-Fe-V-Si(0812)复合材料增加了62.15％和2.82％,在400℃时分别增加了55.3％和28.6％.复合材料耐磨性能比增强体未涂覆复合材料大大提高,在载荷50N,转速0.63 m/s的工况下,经增强体涂覆的铝基复合材料在300℃时为以磨粒磨损为主的磨损机制;高于350℃时,为以粘着磨损为主的磨损机制.     

镁盐晶须增强汽车制动复合材料的摩擦磨损性能

针对我国传统汽车制动材料在应用过程中存在的摩擦热衰退问题,采用模压成形工艺,利用无机镁盐晶须增强酚醛树脂研制一种新型汽车制动复合材料.将该材料与HT250灰铸铁对摩,利用JF150D-Ⅱ型摩擦磨损试验机测试复合材料试样的滑动摩擦性能.结果表明,不同盘面温度下镁盐晶须增强制动复合材料表现出极高的摩擦稳定性,且磨损率低,抗热衰退性能优异.在100℃到350℃升温过程中,复合材料摩擦因数(f)平均值为0.39,波动值为0.08.350℃下摩擦因数和最大摩擦因数的比值(f350/fmax)为0.95,在升温过程中磨损率缓慢增加,但总体保持较低水平,350℃磨损率为0.89×10-7 cm3/(N·m).     

高强高导石墨烯增强铜基复合材料的研究进展

高强高导材料在其广泛的应用中可以带来更高的工作性能和更低的能耗,一直是材料科学领域的重点研究对象。石墨烯因具有优异的力学性能和良好的导电性能,常被作为理想的第二相增强体引入铜基体提升综合性能。文中论述了石墨烯增强金属基复合材料的研究背景,详细阐述并分析了石墨烯增强铜基复合材料的制备方法,概括了近年来石墨烯增强铜基复合材料的力学性能及导电性能的研究现状,总结与展望了石墨烯增强铜基复合材料的未来发展趋势。     

锻造对TiC颗粒增强钛基复合材料组织和性能的影响

对原位生成TiC颗粒增强钛基复合材料进行锻造,通过金相显微镜(OPM)、扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等手段,研究锻造后材料的显微组织及拉伸断口形貌,利用CETR UMT-3多功能微摩擦磨损测试仪测定材料的摩擦磨损行为。结果表明:锻造后钛基复合材料的组织缺陷得到消除,晶粒明显细化,抗拉强度由1 126 MPa提高到1 309 MPa;材料拉伸断口为TiC解理断裂与基体局部延性断裂相结合的混合型断口。随载荷不断增加,TiC粒子首先断裂,裂纹在基体中迅速扩展,导致复合材料失效。在摩擦实验初期,材料的摩擦因数较小且较稳定,而后期摩擦因数变化幅度较大;随时间延长,磨损面上的TiC颗粒发生破碎,失去承载作用,导致磨损量变大;摩擦磨损过程中材料表面Ti发生氧化,形成氧化磨损;锻造后材料的磨损量及摩擦因数都减小。     

球磨时间对RGO-Ni/Cu粉体形貌及复合材料性能的影响

为了有效改善球磨过程中石墨烯结构被破坏的问题,采用静电自组装、球磨与粉末冶金相结合的工艺制备还原氧化石墨烯-镍/铜（RGO-Ni/Cu）复合材料,并分析了球磨时间对RGO-Ni/Cu粉体形貌及RGO-Ni/Cu复合材料的显微组织、电导率、硬度和耐磨性能的影响。结果表明,随球磨时间增加,RGO-Ni/Cu复合粉体的形貌由团聚状转变为片层状再转变为碎片状,同时仍保留了自组装RGO-Ni粉体的二维褶皱状形貌。随着球磨时间的延长,RGO-Ni相在RGO-Ni/Cu复合材料中的分布形式由团块状分布逐渐转变为条状分布。球磨时间为4 h时RGO-Ni/Cu复合材料的综合性能最好,摩擦因数(COF)为0.456,RGO-Ni/Cu复合材料的磨损机制与石墨烯润滑膜的形成程度有关,且石墨烯润滑膜的形成受RGO-Ni/Cu复合材料相对密度的影响。