镍/石墨烯-铜基粉末冶金摩擦材料的制备及性能研究

摘要

为了提高铜基粉末冶金摩擦材料的综合性能，满足现代汽车在高速、重载条件下制动时对于材料的性能要求，本文选用石墨烯作为增强填料来改善其综合性能；同时为了提高石墨烯与金属铜的结合力，本文分别采用“还原法”和“镀镍法”对所制备出来的石墨烯进行负载镍处理，来增强石墨烯与铜的结合力；同时对两种方法所制备出来的镍/石墨烯（Ni/G）复合材料进行性能表征和比较。将制备出来的镍含量不同的Ni/G添加到摩擦材料中，研究镍含量对于摩擦材料综合性能的影响。然后选取镍含量最佳的Ni/G作为增强填料，研究Ni/G含量对于铜基摩擦材料机械性能和摩擦磨损性能的影响。
　　本研究主要内容包括：⑴所制备出来的石墨烯为少层石墨烯（3-5层）。⑵采用还原法和镀镍法都能够使石墨烯表面负载上金属镍；其中镀镍法所制备的Ni/G中镍粒子分布更为均匀，负载量更高。当镍与碳的摩尔比为1.5:1，镍盐与硼氢化钠摩尔比为2:3时，所获得的Ni/G中镍的质量分数最高（38.27%）。⑶随着Ni/G中镍含量的增加，材料的致密度逐渐增大⑷随着Ni/G中镍含量的增加，摩擦材料的硬度、抗拉强度和弯曲强度均呈现先增大后减小的趋势；当Ni/G中镍的含量为37.04%时，摩擦材料的硬度、抗拉强度和弯曲强度到达最大值，分别为：45.3HB、230MPa、492MPa；同时摩擦材料摩擦系数在不同转速下波动程度最小，磨损率最低。⑸将镍含量为37.04%的Ni/G添加到铜基粉末冶金摩擦材料中，制备出Ni/G含量分别为0%、0.25%、0.5%、0.75%和1%的摩擦试样。对不同试样进行力学性能和摩擦磨损性能测试后发现：添加Ni/G后铜基摩擦材料的硬度提高了7.9%-18.2%；抗拉强度提高了24.3%-46.1%；弯曲强度提高了7.9%-62.9%。随着Ni/G含量的提高，材料的硬度、抗拉强度、弯曲强度均呈现先增大后减小的趋势。当Ni/G含量为0.75%时，材料的机械力学性能最佳。其硬度、抗拉强度和弯曲强度值分别为46.8HB、241MPa、518MPa。⑹添加Ni/G后铜基粉末冶金摩擦擦材料摩擦系数的稳定性和耐磨性得以提高。低速条件下（500r/min），含有Ni/G的摩擦材料其磨损率较未添加Ni/G的试样分别降低了6%-76%（20N）、67.5%-81.25%(80N)；在高转速（2500r/min）条件下，随着载荷的增加，不同试样的摩擦系数均随之提高；添加Ni/G后，材料摩擦系数在不同载荷下的波动程度降低，材料的磨损率分别降低了21.3%-76.9%（20N）、43.4%-71.1%（80N）；Ni/G含量为0.75%的试样在整个摩擦实验中摩擦系数稳定性最好。耐磨性最佳。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2铜基粉末冶金摩擦材料概述

1.3石墨烯-金属复合材料

1.4石墨烯增强铜基复合材料的研究现状

1.5主要研究内容

第二章 镍/石墨烯-铜基粉末冶金摩擦材料的制备与性能测试

2.1Ni/G复合材料的制备与表征

2.2铜基粉末冶金摩擦材料的制备与性能测试

2.3本章小结

第三章 镍/石墨烯中镍含量对于铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

3.1 Ni/G复合材料中镍含量对于摩擦材料性能的影响

3.2 Ni/G中镍含量对于摩擦材料摩擦磨损性能的影响

3.3本章小结

第四章 镍/石墨烯含量对于铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

4.1 Ni/G含量对于铜基摩擦材料组织和力学性能的影响

4.2 Ni/G含量对于铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

硕士学位期间的研究成果