石墨-鋁復(fù)合材料的制備及性能研究.pdf

1、石墨增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料是一種性能優(yōu)良的自潤(rùn)滑材料，與目前廣泛使用的鋁錫、鋁鉛、錫青銅自潤(rùn)滑合金相比，具有優(yōu)良的耐摩擦性、較高的比強(qiáng)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(rùn)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(diǎn)，液態(tài)攪拌鑄造法與之相比工藝簡(jiǎn)單、成本較低廉，越來(lái)越受到重視。本文研究了利用攪拌鑄造法制備納米級(jí)氧化膜包覆石墨顆粒鋁基復(fù)合材料技術(shù)和其性能。
　　 本文

2、首先對(duì)石墨顆粒表面包覆氧化物進(jìn)行了研究，以解決石墨與鋁基體之間的潤(rùn)濕性問(wèn)題，在對(duì)不同無(wú)機(jī)鹽水解過(guò)程和氧化物對(duì)石墨包覆過(guò)程機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，研究了硅酸鈉、硝酸亞鈰、氧氯化鋯等無(wú)機(jī)鹽作為前驅(qū)體制備氧化硅、氧化鈰、氧化鋯和氧化鈰鋯包覆石墨的試驗(yàn)條件，通過(guò)測(cè)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(duì)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(jī)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(xué)反應(yīng)的特征。
　　 利用正交實(shí)驗(yàn)研究了以硝酸亞鈰、氧氯化鋯為前驅(qū)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(yīng)溫度為80℃，陳化時(shí)間為1h，前驅(qū)物濃度為0.2M，石墨粉粒度為50μm。
　　 本文在攪拌鑄造法制備復(fù)合材料工藝中采用真空除氣法以降低復(fù)合材料的氣孔率率，制備出氣孔率較低，機(jī)械性能較好的復(fù)合材料。得到熔體攪拌鑄造法制備鋁基/氧化物包覆石墨復(fù)合材

4、料適宜的主要工藝條件為，攪拌溫度：560℃～600℃；攪拌時(shí)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(shí)間：3～5min;
　　 采用X射線衍射對(duì)復(fù)合材料中氧化物包覆石墨顆粒與鋁熔體之間的界面進(jìn)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(yīng)性潤(rùn)濕，包覆在石墨表面的氧化鈰與鋁熔體發(fā)生了強(qiáng)烈的反應(yīng)性潤(rùn)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(yīng)性潤(rùn)濕，證明采用氧化鈰鋯復(fù)合包覆既可以與鋁熔體發(fā)生反應(yīng)性潤(rùn)濕，改善石墨與鋁熔體之間的潤(rùn)濕性，又可以保證石墨不被鋁熔體侵蝕。
　　 對(duì)不同氧化物包覆和不同石墨添加量的鋁基/石墨復(fù)合材料的抗拉性能、摩擦性能和腐蝕性能進(jìn)行的檢測(cè)結(jié)果表明，鋁基復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)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(fù)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(fù)合材料，復(fù)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(diǎn)蝕的可能性。
　　 摩擦測(cè)試結(jié)果表明，鋁基/氧化物包覆石墨復(fù)合材料與基體合金相比，在干摩擦條件下具有良好的自潤(rùn)滑性能，鋁基/氧化物包覆石墨復(fù)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(dāng)石墨超過(guò)6％(mass％)時(shí)摩擦系數(shù)增大。石墨含量為6％(masa％)的復(fù)合材料的適用范圍為：滑動(dòng)速度不超過(guò)2.6m/s，載荷不超過(guò)60N。
　　 采用納米氧化鈰鋯復(fù)合包覆石墨顆粒制備的鋁