固体润滑石墨复合材料的制备与性能研究
发布时间：2021-11-23 16:07
石墨以各种形式应用在机械设备和加工工艺的润滑中,起到了降低摩擦磨损和提高生产效率等作用。本文以石墨为润滑剂,分别与树脂、二硫化钼和金属铜材料结合,制备了石墨-树脂润滑涂层、石墨-二硫化钼固体润滑材料和铜基石墨复合润滑材料,研究了石墨基复合润滑材料的力学性能与摩擦学性能,并通过对磨痕表面进行分析研究,探讨了润滑机理。主要工作与结论如下:（1）将制备的石墨-树脂润滑涂层涂覆于摩擦环表面,通过正交试验法确定了具有最优抗磨减摩性能润滑涂层的成分配比为石墨（7g）/乙基纤维素（8.5g）/OP-10（2g）/异丙醇（270g）。该润滑涂层在不同载荷下平均摩擦因数的大小关系为μ50N>μ10N>μ30N,在不同转速下的平均摩擦因数的大小关系为μ100r/min>μ300r/min>μ200r/min;该组润滑涂层在不同摩擦阶段的磨损机制包括塑性变形、疲劳磨损和磨粒磨损;并且该组润滑涂层能够有效提升材料的防腐蚀性能和力学性能,经1mm轴棒弯曲、5...
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨的原子结构
工程硕士学位论文19图3.1石墨涂料润滑剂的制备流程Fig3.1Preparationprocessofgraphitecoatinglubricant3.2.3石墨-树脂固体润滑涂层最优配比的确定为确定石墨-树脂润滑涂层的最优成分配比设计正交试验方案进行多因素试验。多因素试验按照正交试验方法设计，将石墨（A）、乙基纤维素（B）、OP-10（C）和异丙醇（D）的添加量作为四个因素，每个因素取3个水平，每组水平对应的因子的配比如表3.3所示。设计四因素三水平的正交表9(34)设计试验，如表3.4所示。试验指标为摩擦因数（μ）和磨损率。表3.3因子水平数值Table3.3Factorlevelvalues水平石墨（A,g）乙基纤维素(B,g)OP-10(C,g)异丙醇(D,g)1671270278.51.528538102300表3.4正交表L9(34)Table3.4OrthogonaltableL9(34)水平试验号ABCD111112122231333421235223162312731328321393321
工程硕士学位论文25的磨损形貌。图3.4(a)、(b)分别为4号和5号试样涂覆后的SEM图片，可以看出，5号试块表面的石墨涂层比4号试块更加致密，两组试样中仅石墨含量相同，这与正交实验分析中的因子重要性顺序相吻合。说明5号石墨涂层能够更加均匀紧密地覆盖在试块表面，也是5号石墨固体润滑涂层具有更优的抗磨减摩性能的原因。图3.44号(a)和5号(b)试块涂覆石墨涂层后的表面形貌Fig3.4SurfacemorphologyofNo.4(a)andNo.5(b)blocksaftergraphitecoating图3.5分别是4号、5号和无石墨涂层试块在经摩擦磨损试验后的表面形貌。从图3.5(c)中可以看出，无石墨涂层的试块表面出现了较大面积的剥落，出现了较深的凹痕，这是因为无石墨涂层涂覆时，摩擦副是直接接触的，是干摩擦，摩擦磨损较为严重，主要磨损机制是黏着磨损。从图3.5(f)(i)可以看出，5号试块表面的犁沟比4号浅，磨损程度比4号轻微，5号试块的磨痕表面有黑色颗粒，说明5号石墨涂层具有更加优异的抗磨减摩性能，5号试块磨痕表面的黑色颗粒可能是石墨在摩擦副表面形成的润滑膜，主要磨损机制是塑性变形、疲劳磨损和磨粒磨损。图3.5无石墨涂层(a、b、c)、5号(d、e、f)和4号试块(g、h、i)的表面形貌SEM照片Figure3.5SEMphotosofthesurfacemorphologyofgraphite-freecoatings(a,b,c),No.5(d,e,f)andNo.4(g,h,i)图3.6分别是4号、5号和无石墨涂层试块的对偶摩擦环在经摩擦磨损试验后
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨基固体润滑复合涂料的研究与应用现状[J]. 刘鹤,郭军红,夏天东,包雪梅,慕波,杨保平,崔锦峰. 涂料工业. 2019(01)
[2]SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响[J]. 王春红,王利剑,任子龙,鹿超,王定. 复合材料学报. 2019(07)
[3]基于灰色-层次理论的润滑脂综合性能评价[J]. 王月行,孙园园,马艳辉,王昊,范宾利. 润滑与密封. 2017(12)
[4]石墨含量对PEEK基复合涂层性能的影响[J]. 王哲,杨立军,王涛,王蕊,张佳. 宇航材料工艺. 2017(04)
[5]石墨/镍基金属钎涂层界面结构分析及性能[J]. 杨蒙瑶,陈焕文,郭建军,曹广忠,毛斐,TANG Jiaoning,GONG Xiaozhong. 焊接学报. 2017(02)
[6]石墨-磷酸铝铬润滑涂层的制备及其摩擦学性能[J]. 刘灿灿,陈磊,周健松,周惠娣,陈建敏. 中国表面工程. 2013(05)
[7]铜基固体无铅自润滑材料中WS2的烧结行为[J]. 赵林,姚萍屏,肖叶龙,谭慧强,贡太敏,周海滨,左晓婷. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(04)
[8]金属基固体自润滑复合材料的研究进展[J]. 王常川,王日初,彭超群,冯艳,韦小凤. 中国有色金属学报. 2012(07)
[9]石墨表面化学气相沉积SiC及C涂层的制备[J]. 王春雨,王鑫宇,唐才宇,温广武. 金属热处理. 2011(07)
[10]黏结石墨基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能[J]. 杨瑞杰,冶银平,朱洁,万宏启,陈建敏,周惠娣. 润滑与密封. 2011(07)
硕士论文
[1]钛合金表面激光熔覆镍包石墨涂层的研究[D]. 张晓东.哈尔滨工业大学 2006
[2]碳纤维/镀铜石墨—铜复合材料组织与性能研究[D]. 李政.合肥工业大学 2004
本文编号：3514227
【文章来源】：兰州理工大学甘肃省
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
石墨的原子结构
工程硕士学位论文19图3.1石墨涂料润滑剂的制备流程Fig3.1Preparationprocessofgraphitecoatinglubricant3.2.3石墨-树脂固体润滑涂层最优配比的确定为确定石墨-树脂润滑涂层的最优成分配比设计正交试验方案进行多因素试验。多因素试验按照正交试验方法设计，将石墨（A）、乙基纤维素（B）、OP-10（C）和异丙醇（D）的添加量作为四个因素，每个因素取3个水平，每组水平对应的因子的配比如表3.3所示。设计四因素三水平的正交表9(34)设计试验，如表3.4所示。试验指标为摩擦因数（μ）和磨损率。表3.3因子水平数值Table3.3Factorlevelvalues水平石墨（A,g）乙基纤维素(B,g)OP-10(C,g)异丙醇(D,g)1671270278.51.528538102300表3.4正交表L9(34)Table3.4OrthogonaltableL9(34)水平试验号ABCD111112122231333421235223162312731328321393321
工程硕士学位论文25的磨损形貌。图3.4(a)、(b)分别为4号和5号试样涂覆后的SEM图片，可以看出，5号试块表面的石墨涂层比4号试块更加致密，两组试样中仅石墨含量相同，这与正交实验分析中的因子重要性顺序相吻合。说明5号石墨涂层能够更加均匀紧密地覆盖在试块表面，也是5号石墨固体润滑涂层具有更优的抗磨减摩性能的原因。图3.44号(a)和5号(b)试块涂覆石墨涂层后的表面形貌Fig3.4SurfacemorphologyofNo.4(a)andNo.5(b)blocksaftergraphitecoating图3.5分别是4号、5号和无石墨涂层试块在经摩擦磨损试验后的表面形貌。从图3.5(c)中可以看出，无石墨涂层的试块表面出现了较大面积的剥落，出现了较深的凹痕，这是因为无石墨涂层涂覆时，摩擦副是直接接触的，是干摩擦，摩擦磨损较为严重，主要磨损机制是黏着磨损。从图3.5(f)(i)可以看出，5号试块表面的犁沟比4号浅，磨损程度比4号轻微，5号试块的磨痕表面有黑色颗粒，说明5号石墨涂层具有更加优异的抗磨减摩性能，5号试块磨痕表面的黑色颗粒可能是石墨在摩擦副表面形成的润滑膜，主要磨损机制是塑性变形、疲劳磨损和磨粒磨损。图3.5无石墨涂层(a、b、c)、5号(d、e、f)和4号试块(g、h、i)的表面形貌SEM照片Figure3.5SEMphotosofthesurfacemorphologyofgraphite-freecoatings(a,b,c),No.5(d,e,f)andNo.4(g,h,i)图3.6分别是4号、5号和无石墨涂层试块的对偶摩擦环在经摩擦磨损试验后
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨基固体润滑复合涂料的研究与应用现状[J]. 刘鹤,郭军红,夏天东,包雪梅,慕波,杨保平,崔锦峰. 涂料工业. 2019(01)
[2]SiO2-竹纤维协同改性对环氧树脂基复合材料摩擦磨损性能的影响[J]. 王春红,王利剑,任子龙,鹿超,王定. 复合材料学报. 2019(07)
[3]基于灰色-层次理论的润滑脂综合性能评价[J]. 王月行,孙园园,马艳辉,王昊,范宾利. 润滑与密封. 2017(12)
[4]石墨含量对PEEK基复合涂层性能的影响[J]. 王哲,杨立军,王涛,王蕊,张佳. 宇航材料工艺. 2017(04)
[5]石墨/镍基金属钎涂层界面结构分析及性能[J]. 杨蒙瑶,陈焕文,郭建军,曹广忠,毛斐,TANG Jiaoning,GONG Xiaozhong. 焊接学报. 2017(02)
[6]石墨-磷酸铝铬润滑涂层的制备及其摩擦学性能[J]. 刘灿灿,陈磊,周健松,周惠娣,陈建敏. 中国表面工程. 2013(05)
[7]铜基固体无铅自润滑材料中WS2的烧结行为[J]. 赵林,姚萍屏,肖叶龙,谭慧强,贡太敏,周海滨,左晓婷. 粉末冶金材料科学与工程. 2013(04)
[8]金属基固体自润滑复合材料的研究进展[J]. 王常川,王日初,彭超群,冯艳,韦小凤. 中国有色金属学报. 2012(07)
[9]石墨表面化学气相沉积SiC及C涂层的制备[J]. 王春雨,王鑫宇,唐才宇,温广武. 金属热处理. 2011(07)
[10]黏结石墨基固体润滑涂层在油介质中的摩擦学性能[J]. 杨瑞杰,冶银平,朱洁,万宏启,陈建敏,周惠娣. 润滑与密封. 2011(07)
硕士论文
[1]钛合金表面激光熔覆镍包石墨涂层的研究[D]. 张晓东.哈尔滨工业大学 2006
[2]碳纤维/镀铜石墨—铜复合材料组织与性能研究[D]. 李政.合肥工业大学 2004
本文编号：3514227
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