石墨纤维增强铜基复合材料制备及性能研究

发布时间：2017-11-17 20:30

  本文关键词：石墨纤维增强铜基复合材料制备及性能研究

  更多相关文章： 石墨纤维 Cu基复合材料 镀铜 冷压成型 真空烧结 载流摩擦磨损

【摘要】：石墨纤维是一种具有很广应用前景的材料,由其作为增强相加入铜基体中制备出的复合材料不仅具有良好的力学强度和导电导热性更是具有良好的耐摩擦磨损性能。因此有可能成为当前电力机车受电弓滑板的替代材料。本文优化并对比研究了化学镀铜和电镀铜两种工艺,寻找出最佳镀铜方式从而对石墨纤维表面进行金属化处理。通过对石墨纤维表面金属化解决了石墨纤维与铜基体的润湿性不足问题。同时研究了石墨纤维预处理工艺如除胶、粗化等。通过冷压成型方式制备出石墨纤维增强Cu基复合材料坯体,研究了溶剂湿法混粉工艺以及成型压力对复合材料致密度的影响。通过真空烧结将复合材料烧结成型,研究复合材料最佳烧结温度、保温时间以及影响复合材料物理性能的其他因素。通过载流摩擦磨损试验机对复合材料进行载流摩擦磨损试验,研究复合材料的载流摩擦磨损机理。研究结果表明:化学镀铜通过优化正交试验参数,可以在石墨纤维表面获得质量良好,厚度均一的镀铜层,其最佳工艺参数为:15 g CuSO4·5H2O、30 g EDTA-2Na、10mL甲醛、温度60 oC;试验得到镀铜反应的最佳pH为12.4;制备过程中,气流搅拌方法的引入使所获镀层稳定性和均匀性更佳。采用主要成分为100 g/L CuSO4·5H2O、180 g/L浓H2SO4的酸性镀液进行镀铜;合适的铜离子和硫酸根离子的配比有助于提高镀液的分散能力,避免电镀出现“黑心”;镀液中加入添加剂有利于镀铜层的平整,光亮。通过试验优化电镀铜的工艺为:电压1~2 V、时间为5~15 min、镀液温度30 oC;电镀过程中加入超声搅拌更有利于镀铜的进行。两种镀铜工艺各有优缺点,电镀铜工艺较为简单,镀铜层相对比较厚,但是镀层粗糙,结合力不足;化学镀铜工艺略为复杂,镀层平滑,结合力强。对比不同混粉方式,试验发现:溶剂湿混法与球磨法结合使用混粉更均匀且不损伤纤维表面镀层。冷压的最佳压力为200 MPa,提高压制压力对试样的致密度和硬度影响不大。复合材料最佳的烧结工艺为:烧结温度是820 oC,保温时间2 h。石墨纤维含量为12.5 vol%时复合材料达到最高硬度值101.2 HV0.2,含量为7.5 vol%达到最佳的硬度与导电性的配合。载流摩擦磨损试验中,石墨纤维在摩擦磨损过程中起到了很好的自润滑作用。Cu基复合材料的体积磨损率在石墨纤维含量为7.5~15 vol%之间时出现极低值并保持一定范围的稳定;滑动摩擦速度的增加对石墨纤维增强Cu基复合材料的摩擦因数影响不大;加载载荷越低复合材料越容易发生“离线”作用,电弧侵蚀严重,并且在加载载荷为40 N时,复合材料的体积磨损率最低;电流强度越大,复合材料载流摩擦磨损过程中电弧侵蚀越严重,石墨纤维体积分数7.5 vol%时电流输出稳定性较高。石墨纤维增强Cu基复合材料载流摩擦磨损过程中主要发生粘着磨损、磨料磨损以及电弧侵蚀。
【学位授予单位】：暨南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333

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本文编号：1197295