文档介绍：滑动轴承用无铅铜基石墨复合材料的研究

The Study on Copper Alloy Graphite
Composite Contain No Lead Used for
Plain Bearing

学科专业:材料学
研究生:耿振
指导教师:杨贤金教授

天津大学材料学院
二零一二年十一月
独创性声明

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摘要

本文以石墨粉、Cu10Sn 合金粉为原料,采用粉末冶金法制备了石墨含量为
0 ~ 3 wt.%的 Cu10Sn/石墨复合材料和 Cu10Sn/镀铜石墨复合材料(镀铜石墨粉采
用化学镀工艺)。较为系统的研究了石墨含量、石墨粉粒径以及表面修饰镀铜层
厚度对复合材料物理性能、力学性能以及摩擦磨损性能的影响,用扫描电子显微
镜(SEM)、 X 射线能谱仪(EDS)等对微观形貌和结构进行了分析,并探讨了
不同载荷下复合材料的摩擦磨损机理。
研究结果表明:(1)添加石墨粉可以明显改善材料的摩擦学性能,随着石墨
含量的增加,复合材料的摩擦系数均明显下降,范围从 ~ 下降到 ~ ;
但这种下降趋势随着石墨浓度的增加,特别是高于 wt.%时,变得越来越小;
与此同时磨损量也有显著降低。然而,石墨的添加降低了材料的力学性能,当石
墨含量由 wt.%增加至 3 wt.%时,抗压强度降低了约 50%。(2)石墨粒径影响
材料性能,当石墨含量高于 1 wt.%时,材料的各方面性能均随石墨粒径的增大而
提高,石墨含量为 3 wt.%时,这种差别尤为明显。(3)石墨表面的铜镀层是以形
核方式长大的,而不是细小铜颗粒的堆叠。石墨表面涂层对复合材料性能有较大
影响。石墨表面镀铜层较薄时(MC : MCu<1:1),复合材料的性能较未镀覆时没有
明显的变化,当 MC : MCu=1:1 时,材料在密度和相对密度上都有所提高,同时,
抗压强度提高了约 5 ~ 10%,摩擦系数也有显著的降低,同时磨损量在 100 N 载
荷下也有大幅度降低,约 15 ~ 25%;而继续增加镀层厚度,材料的相对密度、硬
度等均有所下降,使得摩擦与机械性能反而急剧下降。(4)在低载荷(30、50 N)
下,复合材料主要的磨损机制是相对轻微的磨料磨损,而在高载荷(100 N)下,
呈现较为严重的磨料磨损;在低石墨浓度(低于 1 wt.%)下,主要磨损机制是严
重的粘着磨损,在高石墨浓度(高于 wt.%)下,是相对轻微的粘着磨损。此
外,石墨镀铜层过厚(MC : MCu=1:2)及粒径为 20 μm 时,还会发生疲劳磨损的
现象。磨损机制主要受载荷和石墨浓度两方面的影响;不同材料的磨损机制相近,
主要是磨损程度有所不同。

关键词: 复合材料化学镀粉末冶金摩擦学性能机械性能
ABSTRACT

Cu10Sn based posites with graphite contents of 0 ~ 3 wt. % were
fabricated by powder metallurgy method using either Cu-coated or uncoated graphite
powders. The Cu-coating process of graphite powders was carried out using
electroless coating technique. The effects of graphite content, graphite partic