石墨纖維增強銅基復(fù)合材料制備及性能研究.pdf

1、石墨纖維是一種具有很廣應(yīng)用前景的材料，由其作為增強相加入銅基體中制備出的復(fù)合材料不僅具有良好的力學(xué)強度和導(dǎo)電導(dǎo)熱性更是具有良好的耐摩擦磨損性能。因此有可能成為當(dāng)前電力機車受電弓滑板的替代材料。
　　本文優(yōu)化并對比研究了化學(xué)鍍銅和電鍍銅兩種工藝，尋找出最佳鍍銅方式從而對石墨纖維表面進(jìn)行金屬化處理。通過對石墨纖維表面金屬化解決了石墨纖維與銅基體的潤濕性不足問題。同時研究了石墨纖維預(yù)處理工藝如除膠、粗化等。通過冷壓成型方式制備出石墨纖維

2、增強 Cu基復(fù)合材料坯體，研究了溶劑濕法混粉工藝以及成型壓力對復(fù)合材料致密度的影響。通過真空燒結(jié)將復(fù)合材料燒結(jié)成型，研究復(fù)合材料最佳燒結(jié)溫度、保溫時間以及影響復(fù)合材料物理性能的其他因素。通過載流摩擦磨損試驗機對復(fù)合材料進(jìn)行載流摩擦磨損試驗，研究復(fù)合材料的載流摩擦磨損機理。
　　研究結(jié)果表明：化學(xué)鍍銅通過優(yōu)化正交試驗參數(shù)，可以在石墨纖維表面獲得質(zhì)量良好，厚度均一的鍍銅層，其最佳工藝參數(shù)為：15g CuSO4·5H2O、30g EDT

3、A-2Na、10mL甲醛、溫度60℃；試驗得到鍍銅反應(yīng)的最佳pH為12.4；制備過程中，氣流攪拌方法的引入使所獲鍍層穩(wěn)定性和均勻性更佳。采用主要成分為100g/L CuSO4·5H2O、180g/L濃 H2SO4的酸性鍍液進(jìn)行鍍銅；合適的銅離子和硫酸根離子的配比有助于提高鍍液的分散能力，避免電鍍出現(xiàn)“黑心”；鍍液中加入添加劑有利于鍍銅層的平整，光亮。通過試驗優(yōu)化電鍍銅的工藝為：電壓1～2V、時間為5～15min、鍍液溫度30℃；電鍍過程

4、中加入超聲攪拌更有利于鍍銅的進(jìn)行。兩種鍍銅工藝各有優(yōu)缺點，電鍍銅工藝較為簡單，鍍銅層相對比較厚，但是鍍層粗糙，結(jié)合力不足；化學(xué)鍍銅工藝略為復(fù)雜，鍍層平滑，結(jié)合力強。
　　對比不同混粉方式，試驗發(fā)現(xiàn)：溶劑濕混法與球磨法結(jié)合使用混粉更均勻且不損傷纖維表面鍍層。冷壓的最佳壓力為200MPa，提高壓制壓力對試樣的致密度和硬度影響不大。復(fù)合材料最佳的燒結(jié)工藝為：燒結(jié)溫度是820℃，保溫時間2h。石墨纖維含量為12.5vol％時復(fù)合材料達(dá)到最

5、高硬度值101.2HV0.2，含量為7.5vol%達(dá)到最佳的硬度與導(dǎo)電性的配合。
　　載流摩擦磨損試驗中，石墨纖維在摩擦磨損過程中起到了很好的自潤滑作用。Cu基復(fù)合材料的體積磨損率在石墨纖維含量為7.5～15vol%之間時出現(xiàn)極低值并保持一定范圍的穩(wěn)定；滑動摩擦速度的增加對石墨纖維增強Cu基復(fù)合材料的摩擦因數(shù)影響不大；加載載荷越低復(fù)合材料越容易發(fā)生“離線”作用，電弧侵蝕嚴(yán)重，并且在加載載荷為40N時，復(fù)合材料的體積磨損率最低；電流