石墨類型對鎳基自潤滑材料性能的影響

金屬基固體自潤滑復合材料具有良好的導電、導熱和潤滑性能，廣泛應用于電接觸材料、軍事、航空、汽(qi)車等工程領(ling)域。隨著(zhu)-些(xie)高(gao)端(duan)裝備技術的(de)(de)(de)發(fa)展以(yi)及國防、核(he)能、空間技術等對固體(ti)(ti)潤滑材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)要(yao)求(qiu)不斷提高(gao)甲，常將(jiang)鎳(nie)基(ji)自(zi)潤滑材(cai)料(liao)用(yong)(yong)于軸承保持架(jia)，其(qi)中(zhong)Ni具有高(gao)的(de)(de)(de)化學穩定性(xing)，在(zai)500 ℃以(yi)下(xia)幾(ji)乎不氧(yang)化，常溫下(xia)不受濕氣、水(shui)和某些(xie)鹽(yan)類水(shui)溶液(ye)的(de)(de)(de)影響，廣泛應(ying)用(yong)(yong)于耐高(gao)溫和耐腐蝕領(ling)域。石墨作為(wei)一種單質(zhi)(zhi)型層狀固體(ti)(ti)潤滑劑，吸(xi)附水(shui)汽(qi)后使其(qi)層間結構(gou)更易(yi)于滑動(dong)(dong)，相(xiang)對運動(dong)(dong)過程中(zhong)，石墨在(zai)剪切(qie)力(li)的(de)(de)(de)作用(yong)(yong)下(xia)被擠出基(ji)體(ti)(ti)形成轉(zhuan)移潤滑膜，降(jiang)低材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)摩擦因數，從(cong)而減少材(cai)料(liao)的(de)(de)(de)磨損量，因此在(zai)水(shui)介質(zhi)(zhi)中(zhong)顯現出優(you)異(yi)的(de)(de)(de)摩擦磨損性(xing)能。

不同石墨類型對鎳基自潤滑材料摩擦磨損性能的影響研究較少，因此，以Ni-Cu合金為基體，通過添加相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維，研究石墨類型對鎳基復合材料力學性能和摩擦學性能的影響。

1、復合材料制備及試驗(yan)方法

1.1 復(fu)合材(cai)料制備

先稱量電(dian)解鎳(nie)粉(fen)(fen)、還原銅粉(fen)(fen)，然后分別加(jia)入相同石墨(mo)含量的鎳(nie)包石墨(mo)、膠體石墨(mo)、鱗片石墨(mo)粉(fen)(fen)末(mo)和碳纖維(wei)，得到4種(zhong)石墨(mo)類型的混合粉(fen)(fen)末(mo)。采(cai)用(yong)冷等靜壓成形，壓制壓力200 MPa，保壓180 s；成形坯體采(cai)用(yong)1200℃真空(kong)燒結后再經500 MPa壓力復壓；最后采(cai)用(yong)800℃真空(kong)退(tui)火獲得最終的鎳(nie)基復合材料。

1.2 性能測試方法

通(tong)(tong)過排水法對(dui)復合(he)材料密(mi)度(du)進(jin)行(xing)測量(liang)；采用HBV30A布(bu)氏硬(ying)度(du)計和(he)(he)DNS300型電子(zi)萬能(neng)(neng)試驗機分(fen)別檢測復合(he)材料的硬(ying)度(du)和(he)(he)抗彎強度(du)；使(shi)用ZBC7000擺(bai)錘式(shi)沖(chong)擊試驗機對(dui)沖(chong)擊韌性(xing)(xing)進(jin)行(xing)試驗；利用CFT-I型材料表(biao)面性(xing)(xing)能(neng)(neng)綜(zong)合(he)測試儀對(dui)試樣進(jin)行(xing)摩(mo)擦磨損試驗,試驗載荷為20 N；通(tong)(tong)過LSM700型激光共聚焦掃描顯(xian)微(wei)鏡和(he)(he)EVO-18/IncaX-Max型掃描電子(zi)顯(xian)微(wei)鏡觀察試樣的金相組織和(he)(he)摩(mo)擦磨損試驗磨痕。

2、結果及分(fen)析

2.1 不同(tong)類型的石(shi)墨(mo)形貌

4種類型的(de)石墨(mo)(mo)在掃描電子顯微(wei)鏡下的(de)微(wei)觀(guan)形貌如圖(tu)(tu)(tu)1所示，由(you)圖(tu)(tu)(tu)可(ke)知：采用濕(shi)法氫(qing)還原工藝制備(bei)的(de)鎳包石墨(mo)(mo)(圖(tu)(tu)(tu)1a) ，在石墨(mo)(mo)顆(ke)粒(li)外部包裹一層鎳形成具有(you)(you)核(he)-殼(ke)結構(gou)的(de)復合顆(ke)粒(li)材料；鱗片(pian)石墨(mo)(mo)(圖(tu)(tu)(tu)1b)則呈(cheng)鮮明(ming)的(de)片(pian)狀結構(gou)且(qie)片(pian)層很薄，小于(yu)1μm，具有(you)(you)明(ming)顯的(de)定向排列，層與層之間(jian)合力較弱，片(pian)層之間(jian)極(ji)易剝離(li)；由(you)于(yu)膠體(ti)石墨(mo)(mo)(圖(tu)(tu)(tu)1c)由(you)2μm以下的(de)顆(ke)粒(li)形成，比其(qi)他3種石墨(mo)(mo)顆(ke)粒(li)細(xi)小，且(qie)石墨(mo)(mo)顆(ke)粒(li)均勻分布(bu)在有(you)(you)機溶劑中；碳纖(xian)維(圖(tu)(tu)(tu)1d)呈(cheng)現棒狀形貌，其(qi)長徑比約為(wei)1:10~ 1:20。

2.2 鎳(nie)基復(fu)合材料的顯(xian)微(wei)組(zu)織形貌

含不同石墨類型鎳基復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(mo)和鎳(nie)包石墨(mo)次之，碳纖(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)的混合(he)均勻(yun)(yun)程度(du)最差。碳纖(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)由有機纖(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)經碳化及石墨(mo)化處理得到，團聚較嚴重，采(cai)用三維(wei)(wei)(wei)(wei)混合(he)方法(fa)難以均勻(yun)(yun)，因此制得的復(fu)合(he)材料中碳纖(xian)維(wei)(wei)(wei)(wei)分布不均勻(yun)(yun)。

2.3 石墨(mo)類(lei)型對鎳基復(fu)合材(cai)料密度的影響

2.4石(shi)墨類型對(dui)鎳(nie)基復(fu)合材料硬度的影響(xiang)

2.5 石墨類型對鎳基復合(he)材料抗彎強(qiang)度和沖擊韌性的影響

2.6 石墨類型對鎳基復(fu)合(he)材料摩擦學性能的影響(xiang)

3、結論

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合材料力學、顯微結構及摩擦磨損性能進行了試驗和分析，結果表明，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，鱗片石墨復合材料硬度為54 HB，抗彎強度為306 MPa，沖擊韌性為8.1 J/cm2，摩擦因數為0.185，磨損量為0. 029 4 mm3，較其他3種形態的石墨，添加鱗片石墨的鎳基復合材料綜合性能最優。