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(镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备和性能研究

作 者: 刘宝玺
导 师: 王桂松
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 材料学
关键词: 受电弓滑板 粉末冶金 化学镀铜 润湿性 摩擦磨损
分类号: TB33
类 型: 硕士论文
年 份: 2010年
下 载: 29次
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内容摘要


受电弓滑板是电力机车获取电能的关键部件。随着铁路电气化时代的到来,滑板的性能也不断的提高。本文采用粉末冶金方法制备一种磨损率低、导电性能优良的滑板用铜基复合材料。该滑板用铜粉做导电相,石墨做自润滑剂,纳米SiCp做增强相,通过对石墨进行表面改性和提高石墨含量,调整复合材料的力学性能和导电性能。由于石墨和铜高、低温均不润湿,为了增强石墨和铜的界面结合,本文采用在石墨表面化学镀铜的处理。选择了装载量为4g/L、温度为60~65℃、pH为12.5~13.0和甲醛为15ml/L的镀铜工艺。分析测试结果表明:Gr颗粒表面成功镀覆了铜层,颗粒包覆的相当完整。采用热压烧结-热挤压工艺制备了纳米SiCp体积分数为3%,镀铜Gr体积分数分别为5%、10%、15%的3种(纳米SiCp+Gr)/铜基复合材料。为了对比,制备了Gr体积分数为10%,纳米SiCp分别为0%和3%的2种铜基复合材料。利用OM、SEM、TEM等手段对铜基复合材料微观组织进行观察和分析,并进行常温力学性能、导电性能和摩擦磨损性能的研究。结果表明:Gr颗粒镀铜可改善颗粒与基体的润湿性,提高Gr颗粒与铜基体的界面结合。Gr经过镀铜制得的复合材料,Gr颗粒能更均匀的分布于铜基体中,材料也更致密,常温力学性能和导电性能优于未镀铜的。随着Gr/镀铜Gr体积分数的增加,复合材料的常温力学性能和导电性能是逐渐降低的。经过化学镀铜处理的复合材料,其摩擦磨损性能要优于未经镀铜处理的。在相同摩擦磨损条件下,随着Gr/镀铜Gr体积分数的增加,摩擦系数和磨损量有降低的趋势。滑动速度一定的条件下,随载荷的增加,同种材料的摩擦系数和磨损量都有降低的趋势。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章 绪论  10-21
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 受电弓滑板概述  11-15
    1.2.1 受电弓滑板的分类  11-14
    1.2.2 国内外研究历史  14-15
  1.3 抗磨减磨物质  15-17
    1.3.1 固体润滑剂  15-17
    1.3.2 纳米陶瓷  17
  1.4 铜基复合材料的制备方法  17-18
  1.5 铜基自润滑材料的摩擦学特征  18-20
  1.6 本课题的研究意义及主要内容  20-21
第2章 试验材料及试验方法  21-26
  2.1 试验材料  21
  2.2 材料的分析测试方法  21-26
    2.2.1 X-射线衍射分析  21-22
    2.2.2 金相显微镜  22
    2.2.3 扫描电镜  22
    2.2.4 透射电镜  22
    2.2.5 致密度测试  22-23
    2.2.6 硬度测试  23
    2.2.7 拉伸试验测试  23-24
    2.2.8 压缩试验测试  24
    2.2.9 冲击韧性测试  24
    2.2.10 抗弯强度测试  24
    2.2.11 导电性能的测试  24-25
    2.2.12 摩擦磨损试验  25-26
第3章 Gr 表面化学镀铜  26-34
  3.1 化学镀的基本原理  26-27
  3.2 化学镀铜工艺流程  27-28
  3.3 化学镀铜预处理  28-31
    3.3.1 亲水化处理  28
    3.3.2 粗化处理  28-29
    3.3.3 敏化处理  29-30
    3.3.4 活化处理  30
    3.3.5 还原处理  30-31
  3.4 镀液配制及试验过程  31-32
    3.4.1 化学镀铜配方  31
    3.4.2 镀液的配制过程  31
    3.4.3 化学镀铜影响因素  31-32
  3.5 Gr 化学镀铜层形貌观察  32
  3.6 XRD 分析  32-33
  3.7 本章小结  33-34
第4章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备及组织观察  34-46
  4.1 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的制备  34-38
    4.1.1 纳米SiCp 预处理  34
    4.1.2 球磨混粉  34-35
    4.1.3 机械混粉  35-36
    4.1.4 (Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的热压烧结  36-37
    4.1.5 (Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的热挤压  37
    4.1.6 对磨件的制备  37-38
  4.2 铜基复合材料组织观察  38-45
    4.2.1 成分判断  38-39
    4.2.2 烧结态(镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的SEM 观察  39-40
    4.2.3 挤压态(Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的SEM 观察  40-42
    4.2.4 铜基复合材料烧结态与挤压态对比  42-44
    4.2.5 铜基复合材料的界面结合  44-45
  4.3 本章小结  45-46
第5章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的常温力学性能  46-58
  5.1 引言  46
  5.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的致密度  46-48
  5.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的硬度  48-49
  5.4 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的冲击韧性  49-50
  5.5 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的压缩性能  50-52
  5.6 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的抗弯强度  52-53
  5.7 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的抗拉强度  53-55
  5.8 Gr/Cu 基复合材料的抗拉强度  55-57
  5.9 本章小结  57-58
第6章 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的导电性能及摩擦磨损性能  58-68
  6.1 引言  58
  6.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的导电性  58-59
  6.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的摩擦磨损性能  59-67
    6.3.1 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的摩擦系数  59-61
    6.3.2 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的磨损量  61-62
    6.3.3 (镀铜Gr+纳米SiCp)/铜基复合材料的磨损机制分析  62-67
  6.4 本章小结  67-68
结论  68-70
参考文献  70-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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