石墨粒度对C/Cu复合材料载流摩擦磨损性能的影响

2016-10-27 来自:maxbetx万博软件注册 浏览次数:540

C/Cu复合材料具有铜的高导电率、高导热率和良好的延展性等特点,又具有石墨润滑性好、膨胀系数低和比重小的特点,因而具有良好的导电、导热、耐磨、抗电弧侵蚀性能和高强度而被广泛应用于各种电焊电极、电器工程开关的触头、发电机的集电环、电枢、转子、电力机车受电弓滑板等处。这种复合材料是在铜基体中均匀分布着石墨颗粒,金属铜连接成了三维空间网状结构,石墨具有润滑和抗熔焊的作用。其传统制备工艺是将铜粉和石墨粉机械混合而后用粉末冶金方法制得。由于铜和石墨的润湿性极差,所以石墨/铜界面只能是机械互锁,结合强度低,材料的物理及力学性能不能满足应用要求,改善的有效途径是石墨的表面处理,即石墨表面镀铜,从而增强铜基体与石墨的界面结合,有助于提高该复合材料的力学和摩擦学性能。目前,对C/Cu复合材料的制备工艺和摩擦性能的研究较多,但对其摩擦磨损机理的分析还不够深入和全面,因石墨粒度直接影响到复合材料的组织和力学性能,继而影响到摩擦性能,所以研究石墨粒度对材料摩擦磨损性能的影响对该材料的应用具有重要意义。鉴于此,本文用冷压烧结的粉末冶金方法制备采用45、150μm石墨的C/Cu复合材料,探讨不同粒度石墨的复合材料在载流条件下摩擦磨损性能与机理。

选用粒径分别为45、150μm的高纯天然鳞片状石墨,使用前将其表面镀铜以改善铜基体与石墨之间的润湿性。石墨经粗化、敏化、活化等表面处理工序后进行化学镀铜,石墨颗粒镀铜后用蒸馏水清洗,在真空干燥箱里干燥以防镀铜层氧化。将45、150μm的镀铜石墨粉分别与粒径为75μm的电解铜粉(纯度为99.9%)按照石墨10wt%进行配比,充分混料成为两组粉末后,在380MPa下压制成毛坯,在以氢气还原气氛保护的钟罩炉内烧结成型,烧结温度为850~860℃,保温1h。最后加工出φ9mm×25mm销试样。在销-盘式载流摩擦磨损试验机上进行试验。销试样材料是C/Cu复合材料,盘试样材料是QCr0.5铜合金。采用交流恒流电源为试验电源,电流为50A,滑动速度分别为5、10、20、30m·s-1,载荷30N,试验时间10~20s。
45μm石墨颗粒较150μm石墨颗粒能够减少C/Cu复合材料电弧的发生,且可显着改善载流摩擦环境。小粒度石墨颗粒能提高C/Cu复合材料的力学性能和增强摩擦面润滑膜的形成,从而有效降低该复合材料的摩擦系数和磨损率。

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