石墨類型對鎳基自潤滑材料性能的影響

金屬基固體自潤滑復合材料具有良好的導電、導熱和潤滑性能，廣泛應用于電接觸材料、軍事、航空、汽車等工程領域。隨著-些高端裝備技術的發展以及國防、核能、空間技術等對固體潤滑材料的要求不斷提高甲，常將鎳基自潤滑材料用于軸承保持架，其中Ni具有高的化學穩定性，在500 ℃以下幾乎不氧化，常溫下不受濕氣、水和某些鹽類水溶液的影響，廣泛應用于耐高溫和耐腐蝕領域。石墨作為一種單質型層狀固體潤滑劑，吸附水汽后使其層間結構更易于滑動，相對運動過程中，石墨在剪切力的作用下被擠出基體形成轉移潤滑膜，降低材料的摩擦因數，從而減少材料的磨損量，因此在水介質中顯現出優異的摩擦磨損性能。

不同石墨類型對鎳基自潤滑材料摩擦磨損性能的影響研究較少，因此，以Ni-Cu合金為基體，通過添加相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維，研究石墨類型對鎳基復合材料力學性能和摩擦學性能的影響。

1、復合材料制備及試驗方法

1.1 復合材料制備

先稱量電解鎳粉、還原銅粉，然后分別加入相同石墨含量的鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨粉末和碳纖維，得到4種石墨類型的混合粉末。采用冷等靜壓成形，壓制壓力200 MPa，保壓180 s；成形坯體采用1200℃真空燒結后再經500 MPa壓力復壓；最后采用800℃真空退火獲得最終的鎳基復合材料。

1.2 性能測試方法

通過排水法對復合材料密度進行測量；采用HBV30A布氏硬度計和DNS300型電子萬能試驗機分別檢測復合材料的硬度和抗彎強度；使用ZBC7000擺錘式沖擊試驗機對沖擊韌性進行試驗；利用CFT-I型材料表面性能綜合測試儀對試樣進行摩擦磨損試驗,試驗載荷為20 N；通過LSM700型激光共聚焦掃描顯微鏡和EVO-18/IncaX-Max型掃描電子顯微鏡觀察試樣的金相組織和摩擦磨損試驗磨痕。

2、結果及分析

2.1 不同類型的石墨形貌

4種類型的石墨在掃描電子顯微鏡下的微觀形貌如圖1所示，由圖可知：采用濕法氫還原工藝制備的鎳包石墨(圖1a) ，在石墨顆粒外部包裹一層鎳形成具有核-殼結構的復合顆粒材料；鱗片石墨(圖1b)則呈鮮明的片狀結構且片層很薄，小于1μm，具有明顯的定向排列，層與層之間合力較弱，片層之間極易剝離；由于膠體石墨(圖1c)由2μm以下的顆粒形成，比其他3種石墨顆粒細小，且石墨顆粒均勻分布在有機溶劑中；碳纖維(圖1d)呈現棒狀形貌，其長徑比約為1:10~ 1:20。

2.2 鎳基復合材料的顯微組織形貌

含不同石墨類型鎳基復合材料的金相組織形貌如圖2所示，由圖可知：膠體石墨分布最均勻，鱗片石墨和鎳包石墨次之，碳纖維的混合均勻程度最差。碳纖維由有機纖維經碳化及石墨化處理得到，團聚較嚴重，采用三維混合方法難以均勻，因此制得的復合材料中碳纖維分布不均勻。

2.3 石墨類型對鎳基復合材料密度的影響

2.4石墨類型對鎳基復合材料硬度的影響

2.5 石墨類型對鎳基復合材料抗彎強度和沖擊韌性的影響

2.6 石墨類型對鎳基復合材料摩擦學性能的影響

3、結論

對添加鎳包石墨、膠體石墨、鱗片石墨和碳纖維制備的鎳基復合材料力學、顯微結構及摩擦磨損性能進行了試驗和分析，結果表明，不同的石墨類型對鎳基自潤滑材料的物理性能和摩擦磨損性能具有重要的影響，相同配比下，鱗片石墨復合材料硬度為54 HB，抗彎強度為306 MPa，沖擊韌性為8.1 J/cm2，摩擦因數為0.185，磨損量為0. 029 4 mm3，較其他3種形態的石墨，添加鱗片石墨的鎳基復合材料綜合性能最優。

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