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铜基自润滑复合材料兼具金属基体良好的力学性能和物理化学性能,以及固体润滑剂优良的摩擦学特性,适合在化学、电气、高低温、重载、高真空、强辐射等一些不宜采用油润滑的特殊工况下工作。揭示铜基自润滑复合材料摩擦磨损机理,发展摩擦表面关键特征的定量表征新方法,建立相关模型,是金属基自润滑复合材料的设计和应用领域急需解决的关键问题。本文通过粉末冶金热压法制备铜-二硫化钼和铜-二硫化钨自润滑复合材料,主要研究以上两种材料的组织结构演变和摩擦磨损行为,建立并验证了金属基自润滑复合材料摩擦模型。具体内容如下:(1)研究MoS2含量对Cu-MoS2复合材料摩擦磨损性能的影响发现,在MoS2添加含量低于20 vol%时,MoS2对降低铜基复合材料的摩擦系数非常有效。然而,在复合材料中进一步添加MoS2,几乎不能降低摩擦系数,这与磨损表面上MoS2润滑膜的覆盖面积有关;MoS2润滑膜由大量剥落的MoS2纳米片形成,MoS2纳米片在磨损表面的覆盖面积随着添加量的增加而增加,摩擦表面最外层中的MoS2含量远高于复合材料基体,这是由层状MoS2晶体在摩擦过程中的滑移引起的。(2)研究WS2含量和退火温度对Cu-WS2复合材料组织演变以及力学和摩擦学性能的影响发现,大部分WS2颗粒在700℃和800℃退火后分解,900℃和950℃退火时存在大量的W和Cu2S;WS2的添加对降低Cu-WS2复合材料的摩擦磨损的效果显著,当添加了10 vol%WS2时,Cu基体的摩擦系数从0.76降低至0.2,Cu-40 vol%WS2复合材料的磨损率远小于纯铜;900℃和950℃退火后,Cu-20vol%WS2复合材料的摩擦系数由0.2增加到0.5,700℃退火的复合材料的磨损率最高;摩擦层的严重塑性变形可导致WS2片与滑动方向平行排列,有利于润滑膜的形成和摩擦表面下裂纹的扩展,主要磨损机制是剥层磨损。(3)通过XPS技术深度剖析方法对Cu-MoS2复合材料的磨损表面进行分析。研究发现,MoS2润滑膜在Cu-MoS2复合材料的磨损表面由大量小于200 nm的MoS2薄片组成,从摩擦表面到基体MoS2含量逐渐减小,最外表面MoS2膜的覆盖率为基体的2.9-6.2倍;MoS2膜的覆盖率与MoS2体积含量呈指数关系,这是为何添加过多的润滑剂不会显著降低摩擦系数的原因;通过对薄膜覆盖率的定量表征,成功建立了摩擦系数、润滑膜覆盖率和润滑剂体积分数之间的关系,验证了金属基自润滑复合材料摩擦模型。