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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
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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。
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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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