学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

Ti_3AlC_2/Cu基复合材料制备工艺和性能的研究

作　者: 王虎伟
导　师: 王桂松
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料工程
关键词: 铜基复合材料 Ti3AlC2 化学镀铜 化学镀银 显微组织 性能
分类号: TB331
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 77次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


随电力机车速度的不断提高,对受电弓滑板的性能要求也不断提高。本文通过化学镀铜或化学镀银,结合球磨混粉、热压烧结及热挤压工艺制备一种性能优良的受电弓滑板用Ti3AlC2/Cu复合材料。研究了化学镀铜工艺,化学镀银工艺,热压烧结温度,热挤压对复合材料微观组织和形貌的影响。利用OM、SEM、TEM对复合材料进行组织观察,并测量了其致密度、硬度、抗拉强度、冲击韧性、导电性能和摩擦磨损性能。本文研究了球磨时间对混粉效果的影响。在球料比为4:1,球磨速度为200rpm下,最佳球磨时间为12h。900℃热压烧结复合材料,Ti3AlC2颗粒大小约为20μm,形状呈椭球形,分布比较均匀。通过面扫描分析,Ti3AlC2中的Al大量扩散到铜基体中;采用800℃热压烧结温度,组织均匀,致密度95.45%,抗拉强度为160MPa,通过面扫描分析,Ti3AlC2中的Al主要集中在Ti3AlC2区域。研究了装载量、温度、pH、甲醛浓度等化学镀铜工艺,得出最佳工艺为:装载量6g/L、温度60℃、pH 12.5～13.0、甲醛15ml/L。通过上述工艺可以在Ti3AlC2表面覆镀一层均匀致密的铜层,测量的厚度达到1.3μm。通过对镀银工艺硝酸银浓度、氨水浓度、甲醛浓度、乙醇浓度的研究得出的最佳镀银工艺:温度20℃、硝酸银10g/L、氨水100ml/L、甲醛浓度15ml/L、乙醇浓度400ml/L、加载量7.5g/L。Ti3AlC2表面镀铜、镀银可改善陶瓷颗粒与铜基体的界面润湿性,提高材料的致密度,同时硬度、抗拉强度也得到大幅提高。10vol.%Ti3AlC2/Cu复合材料,镀铜烧结态致密度达到97.86%,抗拉强度为221MPa;镀银烧结态致密度达到98.78%,抗拉强度为260MPa。通过热挤压,有效提高了复合材料的致密度、硬度、常温力学性能。镀铜挤压态致密度达到99.98%,抗拉强度达到306MPa;镀银挤压态致密度达到98.99%,抗拉强度达到408MPa。研究了不同压力,不同速度,不同滑行距离下材料的摩擦磨损系数、磨损量、磨损率。对磨损形貌进行观察,研究了摩擦磨损机制。研究表明,在滑动速率为0.8m/s,滑动距离为960m。随着载荷的提高烧结态复合材料磨损率不断提高,磨损机制从犁皱型磨料磨损变为微观裂纹型磨料磨损。随着载荷的增加镀铜烧结态磨损率从10N时的0.6×10-4mm3N-1m-1变为40N时的0.50×10-4mm3N-1m-1。镀银烧结态磨损率从10N时的0.7×10-4mm3N-1m-1变为40N时的0.4×10-4mm3N-1m-1。镀铜挤压态复合材料磨损率从10N时的0.55×10-4mm3N-1m-1变为30N时的0.31×10-4mm3N-1m-1,又变为60N时的0.17×10-4mm3N-1m-1。磨损机制从10N时的凿削型磨料磨损变为30N时的犁皱型磨料磨损,60N时又变为研磨型磨料磨损。镀银挤压态复合材料磨损率不断降低,磨损率从10N时的0.75×10-4mm3N-1m-1变为30N时的0.42×10-4mm3N-1m-1,又变为40N时的0.16×10-4mm3N-1m-1,磨损机制从10N时刮伤型磨料磨损变为30N时的刮伤型粘着磨损,40N时又变为擦伤型磨料磨损。在载荷为20N,滑动距离为960m时,随着滑动速度的提高,材料的磨损率不断降低,材料的磨损率从0.4m/s速度时的0.58×10-4mm3N-1m-1下降为3.2m/s时的0.11×10-4mm3N-1m-1,对应的磨损机制从微观裂纹型磨料磨损变为擦伤型磨料磨损。实验表明,烧结态材料由于材料致密度比较低,力学性能比较差,当在40N载荷下时,材料表面容易出现微观裂纹,材料的磨损率比较高;而挤压态复合材料致密度高,材料力学性能比较好,摩擦面上的自润滑材料在大于40N时充分发挥出了自身的作用,磨损率反而降低。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-23
  1.1 课题研究背景  11
  1.2 受电弓滑板的分类与简介  11-14
    1.2.1 金属系滑板  12-13
    1.2.2 碳系滑板  13
    1.2.3 复合材料滑板  13-14
  1.3 金属基复合材料定义及性能特点  14-18
    1.3.1 Ti_3AlC_2 的发现与优势  15-17
    1.3.2 颗粒增强铜基复合材料的制备  17-18
  1.4 铜基复合材料的摩擦磨损性能研究  18-20
    1.4.1 磨损类型及特点  18-19
    1.4.2 摩擦磨损的影响因素  19
    1.4.3 复合材料的摩擦磨损  19-20
  1.5 化学镀方法  20-22
    1.5.1 表面镀铜的方法简介  20-21
    1.5.2 化学镀铜的作用  21
    1.5.3 影响化学镀铜的因素  21-22
  1.6 本课题的研究意义及其主要内容  22-23
第2章 试验材料及试验方法  23-27
  2.1 试验材料  23-24
  2.2 材料的分析测试方法  24-27
    2.2.1 X-射线衍射分析  24
    2.2.2 扫描电镜  24-25
    2.2.3 透射电镜观察  25
    2.2.4 致密度测试  25
    2.2.5 硬度测试  25
    2.2.6 拉伸试验测试  25-26
    2.2.7 冲击韧性测试  26
    2.2.8 导电性能的测试  26
    2.2.9 摩擦磨损试验  26-27
第3章 Ti_3AlC_2颗粒表面处理工艺  27-45
  3.1 化学镀铜预处理  27
  3.2 化学镀铜工艺探索  27-34
  3.3 最佳镀铜工艺及结果分析  34-36
  3.4 镀铜层理论厚度的计算方法  36
  3.5 Ti_3AlC_2 颗粒表面镀银的优势与研究  36-43
    3.5.1 Ti_3AlC_2 颗粒表面镀银的优势  36-38
    3.5.2 Ti_3AlC_2 颗粒表面镀银的工艺研究  38-42
    3.5.3 Ti_3AlC_2 颗粒表面镀银的最佳工艺  42-43
  3.6 本章小结  43-45
第4章 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的制备工艺探索  45-59
  4.1 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的制备方法  45
  4.2 球磨混粉工艺的探索  45-50
    4.2.1 球磨时间的影响  45-48
    4.2.2 机械混粉工艺  48-49
    4.2.3 热压烧结工艺  49-50
  4.3 Ti_3AlC_2/Cu 复合材料组织观察  50-52
  4.4 Ti_3AlC_2/Cu 复合材料的制备  52
  4.5 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的微观组织分析  52-57
  4.6 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的致密度  57-58
  4.7 本章小结  58-59
第5章 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的性能  59-89
  5.1 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的硬度  59-60
  5.2 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的冲击韧性  60-61
  5.3 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的抗拉强度  61-67
  5.4 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的导电率  67-68
  5.5 Ti_3AlC_2/Cu 基复合材料的摩擦磨损性能  68-87
    5.5.1 镀铜烧结态复合材料不同载荷下磨损性能分析  69-72
    5.5.2 镀银烧结态复合材料不同载荷下磨损性能分析  72-76
    5.5.3 镀铜挤压态复合材料不同载荷下磨损性能分析  76-79
    5.5.4 镀银挤压态复合材料不同载荷下磨损性能分析  79-82
    5.5.5 镀银挤压态复合材料不同速度下磨损性能分析  82-85
    5.5.6 摩擦磨损性能综合分析  85-87
  5.6 本章小结  87-89
结论  89-91
参考文献  91-95
致谢  95

相似论文

  1. 稀土元素掺杂Ca3Co4O9与Ag复合材料的制备及热电性能,TQ174.1
  2. 含苯并噁唑新型半芳香聚酰胺的合成与表征,O633.5
  3. 基于酚醛树脂活性炭的制备及负载TiO2吸附—光催化性能,TQ424.19
  4. PBO/SWNT复合纤维的制备及结构与性能研究,TQ340.64
  5. TZ3Y20A-SrSO4陶瓷基复合材料的制备及摩擦学性能,TB332
  6. 溶胶—凝胶AAO模板法制备ITO准一维纳米结构,TB383.1
  7. (ZrB2-ZrO2)/BN复合材料的反应热压烧结及其力学性能,TB332
  8. 超低碳贝氏体钢CO2激光-GMA复合焊接特性研究,TG456.7
  9. Mg-Zn-Y-Zr镁合金的组织结构和力学性能,TG146.22
  10. 纳米稀土硬质合金YG11R的成分与工艺优化及磨损研究,TG135.5
  11. 粉末活性炭—超滤工艺处理微污染地表水试验研究,X703
  12. 液力减速器制动性能及用于飞机拦阻的仿真研究,TH137.331
  13. 变轴向间隙对采用直、弯静叶压气机性能影响的数值研究,TH45
  14. 常温低温组合密封结构的有限元分析与优化设计,TH136
  15. 微粉的粒度组合对水泥混凝土性能的影响,TU528.041
  16. 空心阴极特性及对霍尔推力器特性影响的实验研究,V439.2
  17. 锂离子电池硅碳负极材料的制备与性能研究,TM912.9
  18. 低轨卫星移动信道特性模拟硬件实现,TN927.23
  19. PXI高性能数字I/O模块研制,TP274
  20. 功能配位聚合物的脲热合成、结构与表征,O631.3
  21. Fe，V共掺杂TiO2催化剂的合成、表征及其性能研究,O614.411

中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 金属复合材料
© 2012 www.xueweilunwen.com