3D石墨烯对铜基粉末冶金材料性能影响的研究

发布时间：2022-11-12 13:42

　　受电弓滑板和集电靴是列车供电的重要元件,对列车的正常运行至关重要,铜基复合材料导电良好、力学性能优良,是电力机车集电元件的主要候选材料。列车运行时集电元件与铜导线或金属导轨接触,粘着磨损严重,导线更换难度大、耗时长,降低了列车的运输效率。因此,研发出具有优异性能的铜基复合材料具有重要的应用价值。石墨烯具有良好的导热、导电、力学、摩擦学性能,在电子、能源、力学、医学等领域具有潜在应用价值。3D石墨烯基本保留了二维石墨烯原有的优良特性,同时独特的自支撑结构能够有效降低团聚效应,因此较二维石墨烯更有应用价值和可能性。目前,世界上关于3D石墨烯在铜基受电弓滑板和集电靴中的应用研究报道相对较少。本文采用全方位行星球磨机混料来解决3D石墨烯混料过程中易漂浮在粉末表面的问题。通过压制成型、加压烧结制备了3D石墨烯增强铜基粉末冶金材料,本文系统地研究了不同含量的3D石墨烯对铜基粉末冶金材料的影响。结果表明:（1）当仅添加0.4wt%的3D石墨烯时,Cu-5wt%Sn的粉末冶金材料的密度、冲击强度和布氏硬度最小,即8.21g/cm~3、9.3J/cm~2和91.8HBW,电阻率最大,为0.111μΩ·m... 

【文章页数】：93 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 前言
    1.2 石墨烯的发现过程
    1.3 石墨烯的性质
    1.4 石墨烯的制备方法
        1.4.1 机械剥离法
        1.4.2 外延生长法
        1.4.3 化学气相沉积法
        1.4.4 氧化还原法
    1.5 石墨烯的表征
        1.5.1 扫描电子显微镜(SEM)
        1.5.2 透射电子显微镜(TEM)
        1.5.3 扫描隧道显微镜(STM)
        1.5.4 原子力显微镜(AFM)
        1.5.5 拉曼光谱(RS)
    1.6 石墨烯增强金属基复合材料的研究现状
        1.6.1 石墨烯增强金属基复合材料的制备方法
        1.6.2 石墨烯增强金属基复合材料的研究现状
    1.7 受电弓滑板和集电靴的应用现状
    1.8 本文的研究背景、目的及内容
2 实验材料及检测方法
    2.1 样品制备
        2.1.1 原材料和技术指标
        2.1.2 配方设计
        2.1.3 实验设备和仪器
        2.1.4 材料制备流程及工艺参数
    2.2 检测方法
        2.2.1 X射线衍射分析
        2.2.2 密度和开口孔隙率
        2.2.3 抗拉强度
        2.2.4 冲击强度
        2.2.5 布氏硬度
        2.2.6 电学性能
        2.2.7 摩擦磨损性能
        2.2.8 扫描电子显微镜分析
3 3D石墨烯增强铜基粉末冶金材料
    3.1 引言
    3.2 球磨后粉末的物相分析
    3.3 密度和开口孔隙率
    3.4 力学性能
        3.4.1 抗拉强度
        3.4.2 冲击强度
        3.4.3 布氏硬度
    3.5 电学性能
    3.6 摩擦磨损性能
    3.7 本章小结
4 3D石墨烯/鳞片石墨增强铜基粉末冶金材料
    4.1 引言
    4.2 球磨后粉末的物相分析
    4.3 密度和开口孔隙率
    4.4 力学性能
        4.4.1 抗拉强度
        4.4.2 冲击强度
        4.4.3 布氏硬度
    4.5 电学性能
    4.6 摩擦磨损性能
    4.7 本章小结
5 3D石墨烯/高碳铬铁增强铜基粉末冶金材料
    5.1 引言
    5.2 球磨后粉末的物相分析
    5.3 密度和开口孔隙率
    5.4 力学性能
        5.4.1 抗拉强度
        5.4.2 冲击强度
        5.4.3 布氏硬度
    5.5 电学性能
    5.6 摩擦磨损性能
    5.7 本章小结
6 3D石墨烯/碳化硅增强铜基粉末冶金材料
    6.1 引言
    6.2 球磨后粉末的物相分析
    6.3 密度和开口孔隙率
    6.4 力学性能
        6.4.1 抗拉强度
        6.4.2 冲击强度
        6.4.3 布氏硬度
    6.5 电学性能
    6.6 摩擦磨损性能
    6.7 本章小结
7 3D石墨烯/铜包石墨粉增强铜基粉末冶金材料
    7.1 引言
    7.2 球磨后粉末的物相分析
    7.3 密度和开口孔隙率
    7.4 力学性能
        7.4.1 抗拉强度
        7.4.2 冲击强度
        7.4.3 布氏硬度
    7.5 电学性能
    7.6 摩擦磨损性能
    7.7 本章小结
8 结论与展望
参考文献
致谢
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【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯增强金属基复合材料中石墨烯分散处理工艺研究进展[J]. 梁倍铭,罗茂源,张正杰,黄纪蓉,张修海.  热加工工艺. 2019(04)
[2]Cr-Fe类型对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响[J]. 刘建秀,张驰,樊江磊,吴深,宋阳,贾德晋.  粉末冶金工业. 2019(01)
[3]烧结压力对石墨烯增强铜基复合材料组织性能的影响[J]. 刘宇宁,彭冬冬,张辉,甘春雷.  功能材料. 2019(01)
[4]石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究[J]. 张煜,宋美慧,李岩,李艳春,张晓臣.  化学工程师. 2016(02)
[5]石墨的铜包覆量对自润滑材料的性能影响[J]. 张晓丹,崔云涛,马捷,章德铭.  有色金属(冶炼部分). 2016(01)
[6]镍与石墨含量对新型铜基粉末冶金受电弓滑板材料性能的影响[J]. 余亚岚,袁楠,江丹露,申文浩,单娜,仲洪海,蒋阳.  粉末冶金材料科学与工程. 2015(03)
[7]Cr-Fe为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能[J]. 赵翔,郝俊杰,彭坤,于潇,裴广林.  粉末冶金材料科学与工程. 2014(06)
[8]三维多孔石墨烯/铂钯双金属杂化体作为高性能的甲醇氧化电催化剂[J]. 孙红梅,曹林园,逯乐慧.  化学学报. 2013(04)
[9]石墨烯的化学气相沉积生长与过程工程学研究[J]. 邹志宇,戴博雅,刘忠范.  中国科学:化学. 2013(01)
[10]含镀铜石墨颗粒铜基复合材料研究[J]. 尹延国,杜春宽,焦明华,俞建卫,解挺,刘焜.  材料热处理学报. 2007(06)

博士论文
[1]高性能耐磨铜基复合材料的制备与性能研究[D]. 王德宝.合肥工业大学 2008

硕士论文
[1]不同炭素材料在铜基粉末冶金材料中的摩擦学行为研究[D]. 谢奥林.广西民族大学 2018
[2]三维网络石墨烯增强铜基复合材料的制备及性能研究[D]. 范增奇.哈尔滨工业大学 2017
[3]石墨烯增强铜基复合材料的制备和性能研究[D]. 姚龙辉.哈尔滨理工大学 2017
[4]粉末冶金摩擦材料特征摩擦组元与铜基体的界面及其对摩擦磨损机理影响研究[D]. 周海滨.中南大学 2014



本文编号：3706475