三维双连续铜/石墨自润滑复合材料的构筑及其摩擦磨损性能研究
三维双连续铜/石墨自润滑复合材料的构筑及其摩擦磨损性能研究
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DOI：
10.16078/j.tribology.2021112
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
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通讯作者：
张永胜
中科院分区：
文献类型：
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作者：
张晓杰;宋俊杰;苏云峰;樊恒中;张孝禹;马勤;胡丽天;张永胜
以聚氨酯海绵为三维连续网络结构模板,采用浸渍法在聚氨酯海绵骨架表面均匀涂敷石墨浆料构筑具有三维连续网络结构的石墨骨架,然后在石墨骨架中填充铜合金粉,经排胶-热压烧结工艺制备石墨相和金属铜呈三维双连续复合型结构的铜/石墨自润滑复合材料.研究考察了三维双连续复合结构对材料承载能力和抗冲击破坏能力的影响,并探究了材料在重载作用下的摩擦磨损行为.结果表明:通过三维双连续结构设计,能够有效改变石墨相的富集状态和分布形式,并借助连续金属铜基体的高承载作用,显著提升材料在重载作用下的减摩抗磨性能.在180 N载荷下与轴承钢相对摩擦时,块体663铜合金和均相铜/石墨复合材料均出现急剧磨损并与摩擦配副发生"卡咬"现象,其中块体663铜合金与配副由于"卡咬"严重而停止试验,均相铜/石墨复合材料的磨痕深度达1.38 mm.然而,具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料的摩擦系数可保持约在0.12左右,磨痕深度为0.16 mm,展现出优异的长时间耐磨损性能,磨损率约为5.3×10~(-6) mm~3/(N·m).同时,该结构设计能够大幅减少石墨相与金属铜间的弱界面数量,并有效利用连续石墨相对裂纹传播路径的"歧化"引导和金属铜对扩展裂纹的钝化作用,使复合材料在保持铜合金高承载的同时显著提升材料的抗冲击破坏能力.具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料的抗弯强度可与块体663铜合金比拟,高达372±38 MPa,是均相铜/石墨复合材料抗弯强度的2.0倍左右.此外,具有三维双连续结构的铜/石墨复合材料还具有更加优异的抗外载冲击破坏能力,其冲击韧性高达32.8±3.1 J/cm~2,比均相铜/石墨复合材料的冲击韧性提高了11.1倍,甚至比块体663铜合金的冲击韧性高出2.2倍.