石墨類型對鎳基自潤滑材料性能的影響

1、復(fù)合材料制備及試驗(yàn)方法

1.1 復(fù)合材料制備

先稱量電解鎳粉、還原銅粉，然后分別加入相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨粉末和碳纖維，得到4種石墨類型的混合粉末。采用冷等靜壓成形，壓制壓力200 MPa，保壓180 s；成形坯體采用1200℃真空燒結(jié)后再經(jīng)500 MPa壓力復(fù)壓；最后采用800℃真空退火獲得最終的鎳基復(fù)合材料。

1.2 性能測試方法

通過排水法對復(fù)合材料密度進(jìn)行測量；采用HBV30A布氏硬度計(jì)和DNS300型電子萬能試驗(yàn)機(jī)分別檢測復(fù)合材料的硬度和抗彎強(qiáng)度；使用ZBC7000擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)對沖擊韌性進(jìn)行試驗(yàn)；利用CFT-I型材料表面性能綜合測試儀對試樣進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn),試驗(yàn)載荷為20 N；通過LSM700型激光共聚焦掃描顯微鏡和EVO-18/IncaX-Max型掃描電子顯微鏡觀察試樣的金相組織和摩擦磨損試驗(yàn)?zāi)ズ邸?/span>

2、結(jié)果及分析

2.1 不同類型的石墨形貌

4種類型的石墨在掃描電子顯微鏡下的微觀形貌如圖1所示，由圖可知：采用濕法氫還原工藝制備的鎳包石墨(圖1a) ，在石墨顆粒外部包裹一層鎳形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合顆粒材料；鱗片石墨(圖1b)則呈鮮明的片狀結(jié)構(gòu)且片層很薄，小于1μm，具有明顯的定向排列，層與層之間合力較弱，片層之間極易剝離；由于膠體石墨(圖1c)由2μm以下的顆粒形成，比其他3種石墨顆粒細(xì)小，且石墨顆粒均勻分布在有機(jī)溶劑中；碳纖維(圖1d)呈現(xiàn)棒狀形貌，其長徑比約為1:10~ 1:20。

2.2 鎳基復(fù)合材料的顯微組織形貌

含不同石墨類型鎳基復(fù)合材料的金相組織形貌如圖2所示，由圖可知：膠體石墨分布最均勻，鱗片石墨和鎳包石墨次之，碳纖維的混合均勻程度最差。碳纖維由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理得到，團(tuán)聚較嚴(yán)重，采用三維混合方法難以均勻，因此制得的復(fù)合材料中碳纖維分布不均勻。

2.3 石墨類型對鎳基復(fù)合材料密度的影響

2.4石墨類型對鎳基復(fù)合材料硬度的影響

3、結(jié)論

對添加鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維制備的鎳基復(fù)合材料力學(xué)、顯微結(jié)構(gòu)及摩擦磨損性能進(jìn)行了試驗(yàn)和分析，結(jié)果表明，不同的石墨類型對鎳基自潤滑材料的物理性能和摩擦磨損性能具有重要的影響，相同配比下，鱗片石墨復(fù)合材料硬度為54 HB，抗彎強(qiáng)度為306 MPa，沖擊韌性為8.1 J/cm2，摩擦因數(shù)為0.185，磨損量為0. 029 4 mm3，較其他3種形態(tài)的石墨，添加鱗片石墨的鎳基復(fù)合材料綜合性能最優(yōu)。

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