石墨-鋁復合材料的制備及性能研究.pdf

1、石墨增強鋁基復合材料是一種性能優(yōu)良的自潤滑材料，與目前廣泛使用的鋁錫、鋁鉛、錫青銅自潤滑合金相比，具有優(yōu)良的耐摩擦性、較高的比強度、較好的環(huán)保性，因此有廣闊的發(fā)展前景。由于石墨顆粒密度較小、與鋁熔體潤濕性差，目前制備方法主要集中在粉末冶金法和擠壓鑄造法，存在制件小、成本較高的缺點，液態(tài)攪拌鑄造法與之相比工藝簡單、成本較低廉，越來越受到重視。本文研究了利用攪拌鑄造法制備納米級氧化膜包覆石墨顆粒鋁基復合材料技術和其性能。
　　 本文

2、首先對石墨顆粒表面包覆氧化物進行了研究，以解決石墨與鋁基體之間的潤濕性問題，在對不同無機鹽水解過程和氧化物對石墨包覆過程機理分析的基礎上，研究了硅酸鈉、硝酸亞鈰、氧氯化鋯等無機鹽作為前驅體制備氧化硅、氧化鈰、氧化鋯和氧化鈰鋯包覆石墨的試驗條件，通過測量石墨表面的氧化物含量和高溫氧化失重率分析了各種制備條件對包覆效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，利用硝酸亞鈰水解在石墨顆粒包覆上一層連續(xù)的二氧化鈰納米膜，其成核機理為異相非均勻成核，包覆于石墨表面的氧化

3、鈰與基體之間形成了C-O-Ce鍵，具有化學反應的特征。
　　 利用正交實驗研究了以硝酸亞鈰、氧氯化鋯為前驅物包覆石墨顆粒工藝，得出氧化鈰鋯包覆石墨工藝適宜條件為，pH值為6，反應溫度為80℃，陳化時間為1h，前驅物濃度為0.2M，石墨粉粒度為50μm。
　　 本文在攪拌鑄造法制備復合材料工藝中采用真空除氣法以降低復合材料的氣孔率率，制備出氣孔率較低，機械性能較好的復合材料。得到熔體攪拌鑄造法制備鋁基/氧化物包覆石墨復合材

4、料適宜的主要工藝條件為，攪拌溫度：560℃～600℃；攪拌時間：5～8min;攪拌速度：1000～1200r/min;真空爐溫度：600℃～630℃；真空度：40kPa～60kPa;真空除氣時間：3～5min;
　　 采用X射線衍射對復合材料中氧化物包覆石墨顆粒與鋁熔體之間的界面進行了研究，表明包覆在石墨表面的氧化硅與鋁熔體發(fā)生了微弱的反應性潤濕，包覆在石墨表面的氧化鈰與鋁熔體發(fā)生了強烈的反應性潤濕，包覆在石墨表面的氧化鋯與鋁熔

5、體發(fā)生了微弱的反應性潤濕，證明采用氧化鈰鋯復合包覆既可以與鋁熔體發(fā)生反應性潤濕，改善石墨與鋁熔體之間的潤濕性，又可以保證石墨不被鋁熔體侵蝕。
　　 對不同氧化物包覆和不同石墨添加量的鋁基/石墨復合材料的抗拉性能、摩擦性能和腐蝕性能進行的檢測結果表明，鋁基復合材料的抗拉強度、摩擦系數(shù)和摩擦磨損量都隨石墨含量的增加而逐漸降低，表面包覆氧化鈰、氧化鋯的石墨鋁基復合材料的耐蝕性能優(yōu)于基體合金和氧化硅包覆石墨鋁基復合材料，復合材料的耐蝕性

6、隨著石墨含量的增加而下降，石墨的增加提高了點蝕的可能性。
　　 摩擦測試結果表明，鋁基/氧化物包覆石墨復合材料與基體合金相比，在干摩擦條件下具有良好的自潤滑性能，鋁基/氧化物包覆石墨復合材料的摩擦系數(shù)與摩擦磨損量隨石墨的增加而減小，但當石墨超過6％(mass％)時摩擦系數(shù)增大。石墨含量為6％(masa％)的復合材料的適用范圍為：滑動速度不超過2.6m/s，載荷不超過60N。
　　 采用納米氧化鈰鋯復合包覆石墨顆粒制備的鋁