(马文林,摩擦学学报,2013)Fe_Mo_石墨和Fe_Mo_Ni_石墨的高温摩擦磨损行为
石墨—金属摩擦副的静摩擦系数
石墨—金属摩擦副的静摩擦系数石墨和金属是常见的材料，在摩擦学中也是常用的材料。
石墨和金属的摩擦特性是摩擦学研究的重要内容之一。
本文将从静摩擦系数的角度来探讨石墨和金属摩擦副的特性。
一、摩擦学基础知识摩擦力是两个物体相互接触并相对运动时产生的力。
在摩擦学中，摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力。
静摩擦力是指两个物体相对静止时产生的摩擦力，动摩擦力是指两个物体相对运动时产生的摩擦力。
静摩擦力的大小取决于两个物体之间的接触面积、表面粗糙度、压力等因素。
静摩擦力与两个物体之间的法向压力成正比，与两个物体之间的相对运动速度无关。
静摩擦系数是衡量两个物体间静摩擦力大小的参数，通常用符号μs表示。
静摩擦系数是两个物体表面之间的摩擦力和法向压力的比值。
静摩擦系数的大小与两个物体之间的表面粗糙度、材料、温度等因素有关。
静摩擦系数通常是一个无量纲的数值，其大小一般在0到1之间。
二、石墨和金属的摩擦特性石墨是一种天然的非金属材料，具有良好的润滑性能。
石墨的分子结构是由碳原子构成的六角形晶体结构。
石墨具有高温稳定性、化学稳定性和良好的导电性能。
因此，石墨常用于高温润滑剂、导电材料等领域。
金属是一种常见的材料，具有良好的导电性和导热性。
金属的分子结构是由金属原子构成的晶体结构。
金属的摩擦特性与其晶体结构、表面粗糙度、温度等因素有关。
石墨和金属的摩擦特性与其表面粗糙度和材料有关。
石墨表面具有层状结构，具有良好的润滑性能。
金属表面的粗糙度对摩擦特性有很大影响，表面粗糙度越小，摩擦系数越小。
在相同的表面粗糙度下，不同的金属材料具有不同的摩擦系数。
三、石墨和金属的静摩擦系数静摩擦系数是衡量两个物体间静摩擦力大小的参数，通常用符号μs表示。
石墨和金属的静摩擦系数与温度、压力、表面粗糙度等因素有关。
下面是一些石墨和金属的静摩擦系数数据：| 材料 | 温度（℃） | 压力（MPa） | 静摩擦系数 || ------ | ---------- | ----------- | ---------- || 石墨 | 25 | 0.1 | 0.1 || 铜 | 25 | 0.1 | 0.7 || 铝 | 25 | 0.1 | 0.6 || 钢 | 25 | 0.1 | 0.5 || 不锈钢 | 25 | 0.1 | 0.4 | 从上表可以看出，石墨和金属的静摩擦系数具有很大的差异。
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展一、本文概述石墨烯，一种由单层碳原子紧密排列形成的二维晶体材料，自2004年被科学家首次成功分离以来，其独特的物理和化学性质引起了全球科研人员的广泛关注。
石墨烯以其超高的电导率、热导率、强度以及优良的摩擦学性能，在众多领域展现出巨大的应用潜力。
特别是在摩擦学领域，石墨烯及其基复合润滑材料的研究，对于提高机械部件的运行效率、降低能耗、延长使用寿命等方面具有深远的意义。
本文旨在全面综述近年来石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展。
我们将从石墨烯的基本性质出发，深入探讨其摩擦学特性，包括摩擦系数、磨损率等关键指标。
随后，我们将重点介绍石墨烯基复合润滑材料的制备工艺、性能优化及其在实际应用中的表现。
本文还将对石墨烯在摩擦学领域的未来研究方向和应用前景进行展望，以期为相关领域的科研工作者和工程师提供有益的参考和启示。
二、石墨烯的摩擦学特性石墨烯，作为一种新兴的二维纳米材料，自其被发现以来，便因其独特的物理和化学性质引起了摩擦学领域的广泛关注。
石墨烯的摩擦学特性主要表现在其超常的力学性能和极低的摩擦系数上。
石墨烯的力学性能卓越，其杨氏模量高达0 TPa，抗拉强度约为130 GPa，这使得石墨烯在承受压力时表现出极高的稳定性。
因此，在摩擦过程中，石墨烯可以作为有效的承载层，减少摩擦界面的磨损。
石墨烯具有极低的摩擦系数。
研究表明，石墨烯在多种材料表面上的摩擦系数都低于1，甚至在某些条件下可以达到超低摩擦状态。
这种低摩擦特性使得石墨烯在润滑材料领域具有巨大的应用潜力。
石墨烯还具有出色的热稳定性和化学稳定性，这使得它在高温、高湿、高腐蚀等恶劣环境下仍能保持稳定的摩擦性能。
因此，石墨烯不仅可以在常规条件下作为润滑材料使用，还可以在极端条件下发挥出色的润滑效果。
然而，尽管石墨烯具有诸多优点，但在摩擦学应用中也存在一些挑战。
例如，石墨烯的层间剪切强度较低，容易在摩擦过程中发生滑移，导致摩擦系数的波动。
石墨—金属摩擦副的静摩擦系数
石墨—金属摩擦副的静摩擦系数摩擦学是研究物体之间相互作用时所产生的摩擦力的学科。
在现代工业中，摩擦学是非常重要的一门学科，因为它与工业生产和机械设计有着密切的关系。
在摩擦学中，静摩擦系数是一个非常重要的参数，它可以用来描述两个物体之间在静止状态下相互作用的强度。
石墨是一种常见的材料，它具有良好的导电性和导热性，同时还具有较高的强度和硬度。
因此，石墨在工业中得到了广泛的应用，例如制造电极、石墨轴承、石墨密封件等。
而金属则是另一种常见的材料，它具有良好的导电性和导热性，同时还具有较高的强度和韧性。
在机械制造中，金属也是一种非常重要的材料。
石墨和金属之间的摩擦副是一种常见的摩擦副。
在实际应用中，石墨和金属之间的摩擦副可以被广泛地应用于各种机械设备中，例如石墨轴承、石墨密封件等。
因此，石墨-金属摩擦副的静摩擦系数对于机械设备的设计和使用都具有非常重要的意义。
静摩擦系数是描述两个物体在静止状态下相互作用强度的一个重要参数。
在石墨-金属摩擦副中，静摩擦系数是由石墨和金属之间的相互作用力决定的。
石墨和金属之间的相互作用力主要包括范德华力、静电力和化学键力等。
范德华力是由于分子之间的瞬时偶极矩而产生的相互作用力，静电力是由于分子之间的电荷而产生的相互作用力，化学键力则是由于分子之间的共价键而产生的相互作用力。
这些相互作用力的大小和性质都会对石墨-金属摩擦副的静摩擦系数产生影响。
石墨-金属摩擦副的静摩擦系数可以通过实验测定得到。
在实验中，通常采用静态平衡法或动态摩擦法来测定静摩擦系数。
静态平衡法是指在石墨和金属之间施加一定的力，使它们保持静止状态，然后通过测量施加的力和石墨-金属之间的摩擦力来计算静摩擦系数。
动态摩擦法则是指在石墨和金属之间施加一定的力，然后通过测量石墨-金属之间的摩擦力和它们之间的相对运动速度来计算静摩擦系数。
这些实验方法都可以得到石墨-金属摩擦副的静摩擦系数，但它们的精度和可重复性都需要进一步提高。
石墨含量对铁-石墨固体自润滑材料力学及摩擦学性能的影响
表 １ 实 验原 料成 分 （ 质量 分 数 ）
李 红 印 ， 学 全 ，任 卫 ， 红 云 柳 李
（ 铁研 究总院 ， 京 钢 北 １０ ８ ） ０ ０ １
摘 要 ： 文采 用粉 末 金 工艺制 备铁 一石 墨 固体 自润 滑材 料 ， 细研 究 了石 墨含 量 对铁 一石 本 台 详
墨 固体 自润 滑材料 的微 观 组 织结构 、 力学性 能及 摩擦 学性 能 的影 响 ， 以期 获得 石 墨含 量与 材料
性 能之 间的 变化规 律 。
关键 词 ： 末 冶金 自润滑材 料 ； 粉 微观 组 织 ； 学性 能 ； 力 摩擦 学性 能
中 图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ分 类 号 ： Ｆ ２ ． Ｔ １ ５１ 文献 标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ６ ６ ４ （０ ７ ０ — ０ ３ — ０ １０ — ５ ３２ ０ ）３ ０ ３ ３
维普资讯
第 １ 卷第 ３ ７ 期
２０ ０ ７年 ６月
粉 末 冶 金 工 业
Ｐ０Ｗ ＤＥＲ ＥＴＡＬＬＵ ＲＧＹ ＮＤ ＵＳ Ｒ Ｙ Ｍ Ｉ Ｔ
Ｖ０ ． ７ Ｎｏ ３ １１ ．
Ｊ ｎ ２ ０ ｕ．０７
石 墨含 量 对 铁 一 墨 固体 自润 滑 材 料 力 学 石 及 摩 擦 学 性 能 的影 响
组 织结构 、 学性 能 及摩 擦 学性 能 的影 响 ， 力 以期较 深 入 地研究石 墨含量 与材料性 能之 间的变化规律 。
石 墨作为一 种廉 价 而润 滑性 能 优 异 的 固体 润滑
剂， 目前 已被广 泛应 用 于 固体 自润 滑 材 料 中， 关 的 相
１ 实 验部 分
１ １ 原 材料及 试样 的制备 ． 实验所 选 原 料 为 ： 于 ７ ／ 一２ ０目） 原 铁 小 ４ ｍ（ ０ ￣ 还 粉、 合金元 素 Ａ及小 于 ３ ｐ 一３ ０目） 片状 石 墨 。 ８． ｍ（ ０ 鳞 其成分配 比如表 １所示 。
石墨的添加对NiCr-W-Ti自润滑复合材料高温摩擦学性能的影响
石墨的添加对NiCr-W-Ti自润滑复合材料高温摩擦学性能的影响汪建义;陕钰;王文珍;贾均红【摘要】NiCr-W-Ti self-lubricating composites were fabricated by mechanical alloying and hot-pressing sintering.Ni20Cr alloy was taken as the matrix of the composites;meanwhile,W,Ti and graphite were added to it,and the influences of different amount of graphite on the microstructure and tribological properties of the composites at elevated temperatures were studied.The friction and wear properties of the composites sliding against AlO3 ceramic ball were evaluated on a UMT-3 high-temperature tribometer with a ball-on-disc configuration.The microstructure and worn surfaces of the composites before and after friction test were observedand analyzed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD).Results show that the NiCr-W-Ti composite with the addition of 3wt.％graphite exhibits the best comprehensive properties of mechanics and tribology.When testing temperature below 300℃C,the effective tribo-film has not formed on the worn surfaces,which leads to high wear rate.When temperature higher than 500℃C,oxides can be found in the friction layer and the worn surfaces were covered by a lubricating film composed of smooth oxides,which effectively protect the worn surface and contribute to the wear rate decreasing.%本文以Ni20Cr合金为基体添加稀有金属Ti、W粉末及石墨后,充分混合,采用机械合金化及热压烧结工艺制备了NiCr金属基复合材料,研究了石墨含量对NiCr金属基复合材料的组织结构和摩擦学性能的影响.在UMT-3高温摩擦试验机上进行了该复合材料同Al2O3陶瓷球的滑动摩擦磨损实验,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对复合材料及其摩擦测试后的形貌与结构进行观察分析,结果表明:当所添加石墨的质量分数为3wt.％时,复合材料具有相对较好的力学性能和摩擦学性能;当测试温度低于300℃时,摩擦表面未形成有效的摩擦膜,故磨损率较高;当温度高于500℃时,摩擦层中含有摩擦氧化物,摩擦表面被光滑氧化物所组成的润滑膜覆盖,对磨面具有很好的保护作用,因而磨损率降低.【期刊名称】《材料科学与工程学报》【年(卷),期】2017(035)003【总页数】6页(P358-362,379)【关键词】Ni20Cr合金;摩擦层;摩擦氧化物;摩擦磨损性能【作者】汪建义;陕钰;王文珍;贾均红【作者单位】中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;中国科学院大学,北京100039;长江师范学院机械与电气工程学院,重庆408100;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,甘肃兰州730000【正文语种】中文【中图分类】TH117.1随着现代化工业的不断发展，特别是航空航天以及新能源开发等领域的快速发展，许多相关部件需要在真空、高温和辐射等苛刻条件下正常运转，因而对材料的耐高温、耐磨损、抗辐射、抗腐蚀等性能提出了越来越高的要求，迫切需要改进润滑技术和发展固体润滑材料以满足工程机械在苛刻条件下的润滑减摩抗磨需求[1-5]。
石墨含量对石墨／铜复合材料载流摩擦磨损性能的影响
Ｑ Ｃ ｒ ０ ． ５ ａ ｓ ｆ ｉ ｒ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ａ ｉ ｓ ｒ ． Ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｃ ｒ ｅ ａ ｓ ｅ ｏ ｆ ｒ ｇ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｒ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｏ ｅ ｆ ｉ ｆ ｃ ｉ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍ ｐ ｏ ｓ —
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｔｈ ｅ ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ ｇ ｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ ｃ ｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｒ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ ｆ ｉｃ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｗｅ ａ ｒ ｂ ｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｓ ｒ ｏ ｆ ｒａ ｇ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ／ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｇ ａ ｔ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｓ ｅ ｌ ｆ — － ｍａ ｄ ｅ ｐ ｉ ｎ－ － ｄ ｉ ｓ ｋ ｔ ｅ ｓ ｔ ｅ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｄ ｉ ｆｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ｕ ｒｅ ｎ ｔ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｔ ｙ ｗｉ ｔ ｈ ｇ ｒａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ／ｃ ｏ ｐ ｐ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ
关键词 ：复合材料 ；石墨；摩擦因来自 ；磨损率 ；载流效率 中图分 类 号 ：Ｔ Ｈ １ １ ７ ． １ 文献 标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：０ ２ ５ ４— ０ １ ５ ０（ ２ ０ １ ３ ）１ — ０ ２ ４－ ４
Ｅｆ ｆｅ ｃ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ Ｃｏ ｎｔ ｅ ｎ ｔ ｏ ｎ Ｃｕ ｒ ｒ ｅ ｎ ｔ Ｃａ ｒ ｒ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｆｒ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｗｅ ａ ｒ Ｂｅ ｈ ａ ｖ ｉ ｏ ｒ ｓ ｏ ｆ Ｇｒ ａ ｐ ｈ ｉ ｔ ｅ ／Ｃｏ ｐ ｐｅ ｒ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩擦学性能研究
Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩擦学性能研究
本报告旨在研究Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料的摩
擦学性能。
研究中，我们使用了一种新型的Fe-Mo-Ni-Cu-石
墨高温自润滑复合材料。
为了评估它的摩擦学性能，我们对此材料进行了金相、表面粗糙度和力学性能检测。
金相检测显示，Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料具有良好的金相组织，
表面粗糙度检测表明，它具有较低的表面粗糙度，从而影响了它的摩擦性能。
力学性能检测结果表明，材料具有良好的抗弯性能和抗压性能。
为了更好地评估该材料的摩擦学性能，我们还进行了摩擦实验室测试。
实验结果表明，Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料具有良好的摩擦学性能。
在不同的摩擦载荷和速度条件下，其摩擦系数均在0.3左右，滑动平稳，擦痕较少。
此外，随着
温度的升高，其摩擦系数也变化不大，表明Fe-Mo-Ni-Cu-石
墨高温自润滑复合材料具有良好的耐热性能。
经过以上研究，可以得出结论：Fe-Mo-Ni-Cu-石墨高温自润滑复合材料具有良好的摩擦学性能，在不同的摩擦载荷和速度条件下，其摩擦系数均在0.3左右，滑动平稳，擦痕较少。
此外，该材料具有良好的耐热性能。
因此，我们建议将Fe-Mo-Ni-
Cu-石墨高温自润滑复合材料用于高温摩擦环境中。
各向同性石墨的摩擦学性能分析
各向同性石墨的摩擦学性能分析石墨是一种具有非常特殊的性质的材料。
它由碳原子构成，形成了具有层状结构的晶体。
石墨通过分子键将这些层连接在一起，而层之间的键非常弱。
这种特殊结构赋予了石墨许多独特的性能，其中之一就是它的各向同性。
各向同性是指材料在任何方向上的性质都相同。
在石墨中，由于层与层之间的键非常弱，所以它具有很高的层间滑动性。
这意味着石墨的摩擦系数在任何方向上都是相同的。
无论是平行还是垂直于层的方向，石墨的摩擦系数都非常低。
石墨的各向同性使其在摩擦学领域有着广泛的应用。
首先，石墨常被用作润滑材料。
由于其层间滑动性能好，石墨能够在接触表面形成一个非常低摩擦的薄膜，从而降低摩擦系数并减少磨损。
这使得石墨在许多润滑应用中得到广泛应用，例如机械设备、汽车发动机以及航空航天领域。
其次，石墨的各向同性也使其成为一种有效的密封材料。
石墨具有很好的弹性和可塑性，能够在高温和高压下保持稳定的性能。
由于其各向同性，石墨在不同方向上的摩擦系数相同，能够提供可靠的密封效果，防止液体或气体的泄漏。
因此，石墨在化工、石油和航空航天等行业的密封应用中具有重要作用。
此外，石墨由于其各向同性的优点，还被广泛应用于电池领域。
石墨是锂离子电池中一种重要的负极材料，可以有效地嵌入和释放锂离子，实现充放电过程。
石墨的各向同性确保了它具有一致的电化学性能，在长时间使用过程中能够保持稳定的电池性能。
不仅如此，石墨的各向同性还使其在石油勘探和钻井领域得到广泛应用。
在油藏中，石墨可以填充和润滑井眼壁，减少摩擦力和钻头磨损，提高钻井效率。
此外，石墨还可以作为加重剂添加到泥浆中，提高钻探液的密度和泥浆性能。
然而，虽然石墨具有各向同性的优点，但其应用也存在一些限制。
首先，由于石墨层与层之间的键非常弱，所以石墨的机械强度较低。
这使得石墨在一些高载荷或高强度应用中受到限制。
其次，石墨在空气中燃烧，释放出有害的气体和烟雾。
因此，在一些特殊环境下，特别是在高温或密闭环境中，对石墨的使用要格外小心。
石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响
石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响的报告，600字
本报告研究了石墨含量对纸基摩擦材料摩擦磨损性能的影响。
由于石墨具有优异的抗磨性和高温性能，在纸基摩擦材料中，将石墨作为填料是一种有效的方法，以提高材料的摩擦磨损表现。
首先，通过实验研究，比较了不同浓度石墨添加到纸基摩擦材料中的对比，了解了石墨含量对材料的摩擦磨损表现的影响。
实验结果表明，随着石墨含量的增加，材料的摩擦系数和摩擦磨损量均有显著提高。
特别是当石墨含量达到30%的时候，摩擦磨损量大幅下降，使得纸基摩擦材料具有了良好的抗磨性能。
此外，通过观察石墨添加前后的材料样品，发现石墨添加后，由于石墨的均匀分布，使得摩擦材料原本较大的粗糙度明显减少，摩擦界面的摩擦系数也有所提高。
最后，由于石墨具有优异的耐磨性和抗高温性能，因此，在生产纸基摩擦材料时，将石墨作为填料，是一种有效的方法，以提高材料的摩擦磨损表现。
但是，在添加石墨时，还需要考虑石墨含量的适当性，以避免引起材料本身的性能下降。
综上所述，石墨的添加会显著提高纸基摩擦材料的摩擦磨损性能，但也需要适度地考虑石墨的添加量，以达到最佳的摩擦磨损性能。
石墨烯摩擦性能的影响因素
石墨烯摩擦性能的影响因素石墨烯是由单层碳原子组成的二维材料，具有许多优异的性能，如高强度、高导电性和高热导性等。
在石墨烯材料中，摩擦性能是一个非常重要的参数，影响着材料在摩擦接触中的表现。
影响石墨烯摩擦性能的因素有很多，下面将重点介绍以下几个因素：1.结构特征：石墨烯的结构特征对其摩擦性能有显著影响。
石墨烯具有六方晶格结构，其碳原子排列呈蜂窝状，形成了一个平滑、无孔洞的结构。
这种结构特征使得石墨烯具有较低的摩擦系数和很好的润滑性能。
2.晶体取向：石墨烯的晶体取向也会影响其摩擦性能。
通常情况下，平行于摩擦方向的石墨烯层之间的相互作用力较弱，因此平行方向的摩擦系数较低。
而垂直于摩擦方向的层之间的相互作用力较强，摩擦系数较高。
3.是石墨烯与摩擦材料之间的相互作用：石墨烯的摩擦性能还受到与其摩擦材料之间的相互作用的影响。
摩擦材料的硬度、表面粗糙度和化学成分等都会对石墨烯的摩擦性能产生影响。
4.受力情况：受力情况也是影响石墨烯摩擦性能的因素之一、当石墨烯处于不同的应力状态时，其摩擦性能会有所不同。
在受到压力时，石墨烯层之间的相互作用会增强，从而导致摩擦系数增大。
而在剪切力作用下，石墨烯层之间的相互滑动会增加，摩擦系数减小。
5.环境条件：环境条件对石墨烯的摩擦性能也有重要影响。
例如，湿度的变化会改变石墨烯表面的粘附性，影响其与摩擦材料之间的相互作用。
湿润条件下，水分子可以起到润滑作用，减小摩擦系数。
此外，温度的变化也会对石墨烯的摩擦性能产生影响。
通常情况下，随着温度的升高，石墨烯的摩擦系数会减小。
总之，石墨烯的摩擦性能受到多个因素的影响，包括其结构特征、晶体取向、与摩擦材料之间的相互作用、受力情况和环境条件等。
了解这些影响因素对于进一步探索石墨烯在摩擦学中的应用具有重要意义。
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
石墨烯摩擦学及石墨烯基复合润滑材料的研究进展
近年来，随着新型润滑材料的不断发展，石墨烯摩擦学和石墨烯基复合润滑材料的研究也随之受到了极大的关注。
石墨烯摩擦学是一门复杂的科学，它使得石墨烯的摩擦系数及受力机制的研究变得十分重要。
在摩擦学方面，石墨烯的受力机制因其原子结构的特点而受到广泛的研究，并且已经取得了很多突破。
例如，比较细致的有关团簇行为的计算研究表明，石墨烯具有较低的剥离力、抗滑移力以及抗压力等特性。
此外，石墨烯的摩擦学性能还受到抗磨损的因素的影响。
诸如温度、湿度等环境因素都可能影响石墨烯表面的摩擦性能，这在摩擦学领域也有其重要性，因此也是一个需要被进一步研究的问题。
石墨烯基复合润滑材料的研究也受到了广泛关注。
这种复合材料具有优异的润滑性能和耐磨损性能，因而可以保持持久不变的摩擦力学性能。
在有关石墨烯复合润滑材料的研究中，研究人员已经研究出了一些有效的方法来改善石墨烯的摩擦性能，从而可以在润滑材料中获得更佳的性能。
其中，最常见的方法是将石墨烯和其他润滑材料混合制成复合材料，从而可以获得较好的润滑性能。
此外，将石墨烯添加到油脂中也是一种有效的方法，尤其是在高温环境下，石墨烯可以提供良好的润滑性能，这也从另一个角度显示了石墨烯基复合润滑材料的潜力。
总之，石墨烯摩擦学和石墨烯基复合润滑材料的研究已经取得了长足的进展，未来将继续研究石墨烯的摩擦学性能和受力机制，并且利用石墨烯基复合润滑材料来改善润滑油脂的性能，以适应不断发展的润滑材料需求。
放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn
马文林, 刘益超, 王小超, 苏博. 放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究[J]. 摩擦学学报（中英文）,2024, 44(4): 509−518. MA Wenlin, LIU Yichao, WANG Xiaochao, SU Bo. Friction and Wear Properties of Spark Plasma Sintered Cu-15Ni-8Sn/Graphite Self-Lubricating Composites[J]. Tribology, 2024, 44(4): 509−518. DOI: 10.16078/j.tribology.2023007放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究马文林1*, 刘益超1,2, 王小超2, 苏 博2(1. 兰州交通大学 机电工程学院，甘肃 兰州 730070;2. 中国科学院兰州化学物理研究所 中国科学院材料磨损与防护重点实验室，甘肃 兰州 730000)摘 要: 以Cu-15Ni-8Sn 合金为基体，石墨为润滑剂，采用放电等离子烧结技术制备了Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料. 使用扫描电子显微镜、X 射线衍射仪和万能试验机研究了复合材料的微观组织、物相组成和室温力学性能，通过球-盘式摩擦试验机测试复合材料的摩擦磨损性能，利用三维轮廓仪测量材料磨损体积，借助扫描电子显微镜对磨痕形貌进行表征. 结果表明：向Cu-15Ni-8Sn 基体材料中添加石墨后，材料的硬度明显降低；随着石墨含量的提高，复合材料的抗压强度逐渐降低. 当添加质量分数为3%的石墨时，Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的耐磨性最好，磨损率最小为3.0×10−6mm 3/(N·m)，其磨损机理主要以磨粒磨损为主.关键词: 自润滑复合材料; Cu-15Ni-8Sn; 放电等离子烧结; 抗压强度; 磨粒磨损中图分类号: TH117.1文献标志码: A 文章编号: 1004-0595(2024)04–0509–10Friction and Wear Properties of Spark Plasma SinteredCu-15Ni-8Sn/Graphite Self-Lubricating CompositesMA Wenlin 1*, LIU Yichao 1,2, WANG Xiaochao 2, SU Bo2(1. School of Mechanical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Gansu Lanzhou 730070, China;2. Key Laboratory of Science and Technology on Wear and Protection of Materials, Lanzhou Institute ofChemical Physic, Chinese Academy of Sciences, Gansu Lanzhou 730000, China )Abstract : The Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites with different graphite contents were prepared by spark plasma sintering. The Cu-15Ni-8Sn alloy was used as matrix while graphite was used as lubricant. The microstructure,phase composition and room-temperature mechanical property of the composites were investigated using scanning electron microscopy, X-ray diffractometer and universal testing machine. The frictional and wear properties of the composites were tested by ball-disk friction testing machine at 3, 5 and 10 N, respectively. The wear volume of the composites was measured by a 3D profilometer. The wear scar morphology was characterized by a scanning electron microscope. The results showed that the relative density of the Cu-15Ni-8Sn alloy was 93%, the compressive strength was 1 143 MPa. The average friction coefficient and wear rate of the alloy gradually decreased as the load increases and achieves to its minimum 0.5, when the load was 10 N. The minimum wear rate was 3.0×10−4mm 3/(N·m) and its wear mechanism was mainly on adhesive wear. The relative density of Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites increased with the increase of graphite content while the maximum fracture strain and compressive strength of the composites showed an opposite trend. When the graphite content was 5%, the compressive strength of the compositeReceived 8 January 2023, revised 17 April 2023, accepted 18 April 2023, available online 19 April 2023.*Corresponding author. E-mail: ***************.cn, Tel: +86-136********.This project was supported by the National Natural Science Foundation of China (51765029).国家自然科学基金项目(51765029)资助.第 44 卷 第 4 期摩擦学学报（中英文）Vol 44 No 42024 年 4 月TribologyApr, 2024was 614.6 MPa. This was due to the increase graphite content breaking the continuity of the internal matrix material. The hardness firstly increasing and then decreasing with the increase of graphite content maybe because a three dimensional microstructure was formed in the composite of 3% graphite content. In particular, the graphite content had little influence on the yield strength of the composites. The friction coefficient of the materials reduced significantly after adding graphite. The influence of load on the friction coefficient of the composites was little, and the friction coefficient of the composites with different graphite contents was about 0.1~0.2. The addition of graphite also decreased the wear rate of the Cu-15Ni-8Sn alloy by about two orders of magnitude, however, the composites had better wear resistance. Compared with other composites with graphite content, the Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composite with a mass fraction of 3% graphite had the highest hardness and the best wear resistance, and that the wear rate of the composite was the most stable under different loads, with a minimum wear rate of 3.0×10−6 mm3/(N·m). The wear mechanism of the composite was mainly based on abrasive wear and stripping of graphite lubrication film. The excellent friction and wear properties of Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites are attributed to the formation of a more complete graphite-rich lubricating film during the friction process, and the complete graphite lubricating film plays an great effect of friction and wear reduction on the surface.Key words: self-lubricating composites; Cu-15Ni-8Sn; spark plasma sintering; compression strength; abrasive wearCu-15Ni-8Sn合金是1种典型的基于调幅分解的沉淀析出强化型铜基合金[1-4]，其具有高强度、高硬度、高弹性、优异的耐磨性、时效变形小和优良的机械加工性能等优点，被大量用于航空航天、船舶等领域的轴承材料[5-10]. 近年来，国内外学者对Cu-15Ni-8Sn 合金的热处理工艺、显微组织、力学性能和摩擦学性能进行了大量研究. 在材料时效的处理方面，诸多研究表明Cu-15Ni-8Sn合金的时效处理过程可分为3个阶段[11-14]：第1阶段，发生调幅分解形成富锡区和贫锡区交替出现的调幅组织；第2阶段，析出DO22型或L12有序强化相；第3阶段，析出DO3不连续沉淀相. 此外，Cu-15Ni-8Sn合金的摩擦学性能被大量报道，成金娟等[15]通过块-环式摩擦试验研究了粉末冶金Cu-15Ni-8Sn合金在油润滑条件下的摩擦磨损行为，结果表明：当载荷为50~700 N，摩擦速度为0.05~2.58 m/s时，合金的摩擦系数小于0.14；Singh等[16]通过销-盘式摩擦试验研究了Cu-15Ni-8Sn合金在干摩擦条件下的摩擦磨损行为与显微组织，发现在摩擦过程中界面发生材料转移，在摩擦对偶表面出现了1层高度变形的亚表层.迄今为止，关于以Cu-15Ni-8Sn作为基体合金的自润滑复合材料的研究较少，并且报道的Cu-15Ni-8Sn合金的制备也多以粉末冶金、熔铸为主，而在粉末冶金制备技术中使用放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering，简称SPS)制备Cu-15Ni-8Sn合金材料的研究鲜见报道. 放电等离子烧结是1种具有快速、节能、环保和致密性好等优点的粉末冶金制备技术[17-20]. 该技术主要以释放脉冲电能，通过放电过程瞬间产生的等离子体加热材料粉末颗粒，从而实现材料的快速烧结.本文中以纯Cu、Ni、Sn粉末和胶体石墨为原材料，采用SPS技术制备出不同石墨含量的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料，探究时效对Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的显微组织及力学性能的影响. 通过对复合材料的摩擦学性能测试，分析Cu-15Ni-8Sn基体合金和Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的摩擦磨损机理，确定减摩、耐磨性能最佳的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料组分含量和SPS制备工艺.1 试验部分1.1 材料与制备采用质量分数>99.7%，粒度<48 μm的电解铜粉和质量分数>99.9%，粒度<30 μm的电解镍粉，质量分数>99.8%，粒度<48 μm的锡粉，质量分数>99.9%，粒度小于35 μm的胶体石墨，制备不同石墨含量的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料. 将添加石墨质量分数为0%、1%、2%、3%、4%和5%的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料分别命名为CNS、CNS-1G、CNS-2G、CNS-3G、CNS-4G和CNS-5G，其组分配比列于表1中.粉末由精度为0.001 g的天平称取，将称取后的材料粉末置于不锈钢罐中，按球料质量比3:1在全方位行星式球磨机中混合10 h. 将球磨处理后的材料粉末装入直径25 mm的石墨模具中，然后在850 ℃条件下的SPS热压烧结炉中热压保温30 min，烧结压力为10 MPa，制得Φ25 mm×10 mm的圆柱块体材料. 将烧结好的样品经过打磨处理后放入箱式炉中，在400 ℃进行3 h的时效处理. 将时效处理后的样品加工成直径25 mm，高3 mm的圆柱，随后使用80~2000目的砂纸打磨，将打磨处理后的样品经粒度为2.5 μm的金刚石研磨膏抛光，使得样品表面粗糙度一致. 将抛光后的试验样品510摩擦学学报（中英文）第 44 卷放入无水乙醇中超声清洗5 min，以备后续试验使用. 1.2 试验方法采用阿基米德法测得Cu-15Ni-8Sn/石墨复合材料的密度，每种样品测试3组取平均值. 按照GB/T 231.1-2018金属材料布氏硬度试验方法，使用HBS-62.5 kg数显小负荷布氏硬度计测试样品的布氏硬度，其中施加载荷625 N，测试压头直径2.5 mm，保荷时间30 s. 每组材料测试3个样品，每个样品测试3次，求取平均值. 按照GB/T 7314-2017金属材料室温压缩试验方法测定复合材料的屈服强度、抗压强度和极限应变. 试验数据由WDW-200型微机控制电子式万能试验机测得，压缩速率为0.2 mm/min，样品为直径5 mm，长度10 mm的圆柱. 每组样品重复测试3次，所得屈服强度、极限应变和抗压强度均为3次测量值的平均值.在HT-1000型摩擦试验机上进行材料的摩擦磨损试验，摩擦方式为球-盘式. 试样对偶材料为GCr15钢球，盘样品为制得的Cu-15Ni-8Sn合金和Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料. 复合材料样品为直径25 mm，厚度3 mm的圆柱，试验前使用无水乙醇超声清洗3~5 min.摩擦磨损试验条件：载荷3、5和10 N，摩擦半径6 mm，摩擦时间30 min，滑动线速度0.25 m/s，试验温度为室温. 摩擦系数由摩擦试验机自带计算机在试验过程中即时记录，进行3次重复试验，摩擦系数取平均值. 磨损体积由MicroXAM-800非接触式光学轮廓仪测量，每个样品的磨痕测试3个位置点，所得磨损率求取平均值.磨损率计算公式：磨损率=磨损体积/(载荷×滑动距离).采用X射线衍射仪(XRD，Empyre，panalytical)分析复合材料的物相组成. 使用带有能谱分析仪(EDS)的电子显微镜(SEM，JSM-5600LV，JEOL)对材料的磨痕表面、磨损形貌和元素分布进行表征.2 结果与讨论2.1 时效处理图1所示为Cu-15Ni-8Sn合金硬度随时效时间的变化关系，可见Cu-15Ni-8Sn合金的硬度随时效时间的增加呈现先增后减的趋势，在时效3 h时达到峰值223.3 HB. 相比未时效处理合金硬度提高了83.9 HB，表明适当的时效处理能使Cu-15Ni-8Sn合金的硬度显著提高，因此，确定Cu-15Ni-8Sn/石墨复合材料的最佳时效时间为3 h.0123 3.5Aging time/hHardness/HB30025020015010050Fig. 1 Hardness of Cu-15Ni-8Sn alloy at different aging time 图 1 Cu-15Ni-8Sn合金硬度随时效时间的变化表2所列为Cu-15Ni-8Sn合金和不同石墨含量的复合材料在时效前后硬度和密度变化，可以看出时效处理对于复合材料力学性能的影响显著. 在时效前，Cu-15Ni-8Sn/石墨复合材料的硬度低于基体合金的硬度，并且复合材料的硬度受石墨含量的影响较小. 基体合金和复合材料经过时效处理后硬度显著提高，并且复合材料的硬度明显低于基体合金的硬度，基体合金的硬度为223.3 HB，CNS-3G复合材料的硬度最高达到179.5 HB. 这可能是由于当石墨含量增加至一定程度时，材料内部的石墨团聚现象有利于材料内部三维连续性网络结构的产生，这种三维网络结构使复合材料的硬度得到改善[21-22]，同时石墨与合金基体的润湿性较差，二者之间的结合力较差，复合材料中的石墨对合金基体起到割裂作用，进而导致复合材料随着石墨含量的增加硬度降低. 随着石墨含量的增加，复合材料的密度逐渐降低，同时随着石墨含量的增加，复合材料的密度逐渐接近理论密度. 相比一般粉末冶金工艺制备的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料[23]，放电等离子烧结制备的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的硬度提高约4倍，密度提高约1.4 g/cm3.2.2 显微组织图2所示为时效后的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的XRD图谱. 由图2可知，Cu-15Ni-8Sn合金主要是由铜的固溶体和CuNi2Sn相组成，由于铜的含量表 1 材料的标准化学成分Table 1 Standard chemical composition of the materialsMaterialsMass fraction/%Cu Ni Sn GraphiteCNS771580CNS-1G761581CNS-2G751582CNS-3G741583CNS-4G731584CNS-5G721585第 4 期马文林, 等: 放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究511较多，会有少量铜以单质形式存在. 不同石墨含量的复合材料主要由铜的固溶体、CuNi 2Sn 和石墨相组成，其中CuNi 2Sn 是复合材料在时效过程中的析出相. 图3所示为CNS-3G 复合材料的微观形貌和元素分布图.由图3可知，大部分Cu 、Ni 、Sn 元素以固溶体的形式均匀分布在复合材料中，如图3中的灰色组织所示. 图3中的白色组织为富含Ni 和Sn 的区域，结合XRD 图谱可以推测出该组织为CuNi 2Sn 相. 黑色区域为石墨相，且一部分石墨均匀分布于基体材料当中，一部分在基体材料中存在团聚现象，这是因为石墨颗粒不与基体材料发生反应，且石墨与合金基体的润湿性较差导致的[24].2.3 力学性能图4(a)所示为Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的应力-应变图，石墨含量的增加使得复合材料的压缩极限应变显著降低，塑性变差. Cu-15Ni-8Sn 合金具有较高的抗压强度，大约为1 143 MPa ，同时呈现出比较高的塑形，但石墨的添加使得复合材料的抗压强度显著降低. 图4(b)所示为Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的屈服强度. 由图4可知，Cu-15Ni-8Sn 合金的屈服强度为721.4 MPa ，石墨的添加降低了材料的抗压强度、屈服强度及压缩极限应变，当石墨质量分数小于5%时，复合材料的屈服强度的变化较小，复合材料表 2 不同石墨含量的材料硬度和密度Table 2 Material hardness and density of different graphite contentCompositionHardness/HBMeasured density/(g/cm 3)Relative densityPorosity Before aging After aging CNS 139.4±6.8223.3±5.88.4±0.0293.0%7.0%CNS-1G 108.9±6.4165.4±8.08.1±0.0195.0% 5.0%CNS-2G 118.7±8.9168.8±7.88.1±0.0397.6% 2.4%CNS-3G 122.4±8.1179.5±7.47.9±0.3297.5% 2.5%CNS-4G 113.4±6.5164.0±4.17.8±0.0399.4%0.6%CNS-5G118.9±8.1161.9±7.27.6±0.0799.4%0.6%20402θ/(°)R e l a t i v e i n t e n s i t y6080100CNS-5G ♠ Cu/Cu solid solution♣ Graphite ◆ CuNi 2SnCNS-4GCNS-3GCNS-2GCNS-1GCNSFig. 2 XRD patterns of Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites material 图 2 Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的XRD 图谱Fig. 3 SEM-SEI and the corresponding EDS mappings of CNS-3G composite material图 3 S-3G 复合材料的二次电子像和元素分布图512摩擦学学报（中英文）第 44 卷的抗压强度为614.6 MPa ，屈服强度为497.0 MPa. 这可能是由于石墨含量增大，石墨与合金的接触面积增多，二者界面的结合力较弱，石墨对合金基体的割裂作用增大[25]，导致合金力学性能降低.2.4 摩擦磨损性能石墨含量对Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦性能的影响规律如图5所示. 图5(a1~a3)分别显示了Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料在3、5和10 N 载荷下的摩擦系数随滑动时间的变化趋势. 如图5(a)所示，CNS 合金在3 N 载荷下的摩擦系数曲线波动较为严重，随着载荷的增加，其波动幅度逐渐减小. 与之相比，添加石墨的复合材料均表现出非常稳定的摩擦曲线，并且其稳定程度随载荷增加更为明显，这是因为载荷增大可能增加复合材料亚表面塑性变形程度，从而使石墨颗粒更容易随基体变形被挤压至表面，在摩擦界面形成连续性程度更好的润滑膜[26-27]. 此外，复合材料在所有载荷条件下的平均摩擦系数相较CNS 合金均有大幅度降低，这说明在摩擦过程中，Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料中的石墨被基体材料挤压到摩擦表面，被摩擦对偶拖至接触表面并成功形成润滑膜和转移膜[28-30]. 不同载荷下，各种Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的平均摩擦系数(分布在0.09~0.13之间)均表现出很好的减摩特性；只有当载荷为5 N ，CNS-5G 复合材料平均摩擦系数有所升高(约0.16)，可能是由5Strain/%S t r e s s /M P a1 4001 0001 200800600400101520253035402000C NS Y i e l d s t r e n g t h /M P a600700800400500300200C N S -1G C N S -2G C N S -3G C N S -4G CN S -5G100CNS CNS-1G CNS-2G CNS-3G CNS-4G CNS-5G (a)(b)Fig. 4 Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricated composites: (a) stress-strain diagram; (b) yield strength图 4 Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料：(a)应力-应变图；(b)屈服强度1.82.01.61.41.21.00.80.60.40.20.0501015Time/minF r i c t i o n c o e f f i c i e n t2025301.82.01.61.41.21.00.80.60.40.20.0501015Time/minF r i c t i o n c o e f f i c i e n t2025301.82.01.61.41.21.00.80.60.40.20.0501015Time/minF r i c t i o n c o e f f i c i e n t2025301 4001 2001 0008001612840CNS CNS -1G CNS -2G CNS -3G CNS -4G CNS-5G W e a r r a t e /[10−6 m m 3/(N ·m )]46045037036050403020100CNS CNS -1G CNS -2G CNS -3G CNS -4G CNS-5G W e a r r a t e /[10−6 m m 3/(N ·m )]340300320280260100CNS CNS -1G CNS -2G CNS -3G CNS -4G CNS-5GW e a r r a t e /[10−6 m m 3/(N ·m )]—— CNS —— CNS-1G —— CNS-2G —— CNS-3G —— CNS-4G —— CNS-5G—— CNS —— CNS-1G —— CNS-2G —— CNS-3G —— CNS-4G —— CNS-5G—— CNS —— CNS-1G —— CNS-2G —— CNS-3G —— CNS-4G —— CNS-5G(a1)(a2)(a3)(b1)(b2)(b3)Fig. 5 Friction coefficient and wear rate of Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites: (a1, b1) 3 N; (a2, b2) 5 N; (a3, b3) 10 N图 5 Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的摩擦系数和磨损率：(a1, b1) 3 N ；(a2, b2) 5 N ；(a3, b3) 10 N第 4 期马文林, 等: 放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究513于石墨含量较大，材料承载能力下降所致.Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的磨损率变化趋势如图5(b)所示，图5(b1~b3)分别显示了在3、5和10 N 条件下复合材料的磨损率，发现CNS合金随着载荷的增加，其磨损率逐渐降低. 当载荷为3 N时，含石墨的复合材料磨损率均高于3.6×10−6 mm3/(N·m)，当载荷为5 N时，CNS-3G复合材料磨损率最小，为3.0×10−6 mm3/(N·m)，说明了CNS-3G复合材料表现出良好的润滑作用；而CNS-5G复合材料的磨损率增至10−5 mm3/(N·m)数量级. 当载荷为10 N时，CNS-1G复合材料的磨损率最小为2.3×10−6 mm3/(N·m)，而其他不同石墨含量的复合材料磨损率大于3.6×10−6 mm3/(N·m). 结合图5(b)所示的不同载荷下复合材料磨损率的变化趋势，发现CNS-3G 复合材料的磨损率保持在3×10−6~4×10−6 mm3/(N·m)之间，其磨损率相比其他不同石墨含量的复合材料磨损率较稳定，同时添加石墨后的复合材料磨损率相比CNS合金明显降低几个数量级. 与常规粉末冶金工艺制备出的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料[23]相比，SPS制备出的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料在干摩擦条件下的摩擦系数相当，磨损率属于同一数量级，即10−6 mm3/(N·m)，结果表明由SPS烧结技术所制备出的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料减摩耐磨效果良好.2.5 磨损机理为了分析复合材料在跑合阶段与稳定阶段的磨损机理，分别对载荷5 N条件下进行3和30 min摩擦的CNS-3G自润滑复合材料磨损表面进行微观分析，如图6所示. 观察摩擦3 min后[图6(a)]的磨痕，其表面石墨和基体合金仍有明显分界，存在大面积团状、絮状等不规则状石墨，且磨痕表面的犁沟较多，表明在摩擦跑合初期磨损面上的富石墨润滑层还未完全形成，此时复合材料磨损主要以磨粒磨损为主. 而摩擦30 min 后的磨损表面[图6(b)]光滑、完整，石墨与基体之间的界面不可见，并且无明显磨粒磨损痕迹. 结合摩擦系数与磨损率，说明此时磨损表面上已建立了完整的润滑膜，这种建立过程一方面得益于摩擦起始阶段摩擦对偶表面微凸体犁沟作用易将石墨周围的较薄基体材料部分撕裂，并沿着滑动摩擦方向将撕裂的材料颗粒镶嵌入石墨和铜合金基体的界面[22]. 另一方面，石墨颗粒在摩擦过程中受到挤压、剪切等作用，逐渐平铺于摩擦表面，可以预见后续的磨损主要以表面富石墨层的剥层和断裂为主.为分析Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料在不同载荷下的磨损机理，对比分析CNS合金、CNS-3G和CNS-5G复合材料在载荷为3、5和10 N条件下的磨痕形貌.从图7(a1~a3)可以看出，CNS合金在3、5和10 N下的磨痕宽度分别约1.3、1.5和1.8 mm. 在各个载荷下合金磨痕表面具有类似形貌，均较为粗糙，有明显的塑性流动现象，并伴随材料撕裂和断裂痕迹. 而含石墨复合材料与之形成鲜明对比[图7(b~c)]，磨痕宽度明显减少至约0.3~0.4 mm，并且磨痕区域内普遍较为光滑，材料塑性变形基本不可见. 随载荷的增加，复合材料磨痕区域中的石墨与基体界面逐渐不可见，特别是在10 N载荷下这一点非常明显[图7(b3~c3)]；结合图8所示磨痕内外区域的拉曼光谱检测，证实了此时CNS-3G和CNS-5G复合材料磨痕区域均形成连续程度较高的表面润滑层. 进一步对比CNS-3G和CNS-5G可以发现，载荷3 N时两者磨痕宽度相当，载荷增加到5和10 N 时，CNS-5G的磨痕皆宽于CNS-3G，这与图5(b)中两者磨损率的差异相一致.进一步观察磨痕区域的微观形貌，发现合金与Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的磨损表面差异明Fig. 6 SEM micrographs of wear surfaces of CNS-3G composite: (a) friction for about 3 min; (b) friction for about 30 min 图 6 CNS-3G复合材料磨损表面形貌的SEM照片：(a)摩擦3 min后；(b)摩擦30 min后514摩擦学学报（中英文）第 44 卷显. 图9(a1~a3)分别给出了CNS 合金在摩擦载荷3、5和10 N 条件下的磨痕表面形貌，合金表面均发生了严重的塑性变形，表面材料流动迹象明显并随载荷增大愈发严重，某些区域伴随严重的撕脱，同时表面还附着片层状磨屑和黏着坑，因此CNS 合金的主要磨损机理为黏着磨损.图9(b1~b3)所示分别为复合材料CNS-3G 在3、5和10 N 下的磨痕表面形貌的SEM 照片，相比CNS 合金，其磨痕表面均较为平整；当摩擦载荷为3 N 时，磨痕表面有较多细微的犁沟，属轻微的磨粒磨损. 当载荷增加为5和10 N 时，基体中石墨更易被挤压变形，并在摩擦表面形成更加完整的润滑膜[31]. 可以看出整个磨痕Fig. 7 SEM micrographs of worn surfaces of Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites:(a1~a3) CNS; (b1~b3) CNS-3G; (c1~c3) CNS-5G图 7 Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料的磨痕表面形貌的SEM 照片：(a1~a3) CNS ；(b1~b3) CNS-3G ；(c1~c3) CNS-5G200Raman shift/cm −1R e l a t i v e i n t e n s i t y /a .u .6 0004 0005 0003 0002 000400600800 1 0001 200 1 4001 000(a)200Raman shift/cm −1R e l a t i v e i n t e n s i t y /a .u .4 0005 0003 0002 000400600800 1 0001 200 1 4001 000(b)◆ Graphite◆ GraphiteIn the worn surfaceOutside the surfaceIn the worn surfaceOutside the surfaceFig. 8 Raman spectra of CNS-3G and CNS-5G: (a) CNS-3G; (b) CNS-5G 图 8 CNS-3G 和CNS-5G 磨痕区域内外拉曼图谱：(a) CNS-3G ；(b) CNS-5G第 4 期马文林, 等: 放电等离子烧结Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料摩擦磨损性能研究515表面更为光滑，犁沟痕迹几乎不可见，个别区域能观察到润滑层断裂痕迹，说明此时复合材料磨损表面发生了轻微的剥层现象.图9(c1~c3)所示为CNS-5G复合材料在3、5和10 N 载荷条件下的磨痕表面形貌，当摩擦载荷为3 N，磨痕表面出现较多沿着材料滑动方向的犁沟，这是典型的磨粒磨损机制，其主要是对偶钢球表面微凸体在摩擦过程中对材料表面不断犁削造成的. 当载荷增至为5 N 时，其磨痕区域内大部分区域较为光滑[图7(c2)]，结合此时摩擦系数(约0.16)，说明也形成了含石墨润滑层，但有较多区域的润滑膜出现剥层和断裂现象，对比CNS-3G复合材料，石墨含量的增加降低了复合材料强度，同时其表面机械润滑层也更易产生较严重的疲劳破坏和剥层磨损，这与图5(b2)中的CNS-5G的磨损率突然增大相符. 而当载荷增至10 N时，表层疲劳断裂、剥层磨损的程度明显降低，且出现较多的三体磨损痕迹，此时材料磨损率降低至与CNS-3G相当[图5(b3)].金属/石墨材料一般存在着临界载荷，当载荷超过临界值时，使材料发生严重的剥层磨损后，材料表面的润滑膜难以维系[26]. 结合上述分析，石墨含量较高的复合材料更适合在高载工况下使用.3 结论采用放电等离子烧结技术制备了Cu-15Ni-8Sn合金和不同石墨含量的Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料，通过对二者的力学性能、摩擦学性能进行研究，得出以下结论：a. 复合材料的密度、硬度和抗压强度随石墨含量的增加而降低，当石墨质量分数达到3%时，石墨与铜合金基体所构成的网络结构连续性最好，因此CNS-3G 复合材料硬度最大.b. 相较基体Cu-15Ni-8Sn合金，添加石墨复合材料具有优异的摩擦和磨损表现. 添加石墨后，磨损率相比未添加石墨的合金材料磨损率降低2个数量级.Fig. 9 SEM micrographs of the worn surfaces of the Cu-15Ni-8Sn/graphite self-lubricating composites:(a1~a3) CNS; (b1~b3) CNS-3G; (c1~c3) CNS-5G图 9 Cu-15Ni-8Sn/石墨自润滑复合材料磨损表面的SEM照片：(a1~a3) CNS；(b1~b3) CNS-3G；(c1~c3) CNS-5G516摩擦学学报（中英文）第 44 卷特别在石墨质量分数为3%时，Cu-15Ni-8Sn/石墨复合材料在各个载荷条件下均表现出理想的摩擦系数与磨损率.c. 基体Cu-15Ni-8Sn 合金的磨损机理为严重的塑性变形和材料黏着撕裂；质量分数为3%的石墨在轻载(3 N)下以轻微磨粒磨损为主，在中高载荷(5和10 N)下为润滑层的轻微剥层；当石墨质量分数为5%时，其摩擦层在中载下(5 N)更容易产生疲劳断裂和剥层磨损，而在高载(10 N)时表现较好，磨损机理以轻微的剥层和三体磨粒磨损为主.参 考 文 献Peng Guangwei, Gan Xueping. 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各向同性石墨的电子输运性能分析
各向同性石墨的电子输运性能分析石墨是一种由连续层状的碳原子组成的材料，具有良好的导电性能。
然而，石墨的导电性在不同的方向上可能存在差异，这取决于碳原子层之间的排列方式。
各向同性石墨是指在不同方向上具有相同的电子输运性能的石墨材料。
本文将对各向同性石墨的电子输运性能进行分析。
首先，石墨的导电性主要来自其π电子，这些电子在碳原子层之间形成共轨道，形成能带结构。
在各向同性石墨中，碳原子层的排列方式是完全对称的，因此导致π电子在不同方向上具有相同的输运性能。
这种对称性使得各向同性石墨具有均匀的电子输运特性，有利于其在电子器件中的应用。
其次，各向同性石墨的电子输运性能还与其结构和纯度有关。
石墨的层状结构使得电子在垂直于层面的方向上输运效果更好，而在平行于层面的方向上输运效果较差。
因此，为了提高各向同性石墨的电子输运性能，可以使用外加压力或者合适的合金化方法来调整石墨的层状结构，使其更加均匀。
同时，保持石墨的高纯度也对改善其电子输运性能至关重要。
除了结构和纯度，温度也是影响各向同性石墨电子输运的重要因素。
通过理论模拟和实验研究发现，在低温下，各向同性石墨的电子输运性能更好。
这是因为低温下，石墨晶格振动减小，电子和晶格的相互作用减弱，从而减小了电子散射，提高了电子的迁移率。
因此，在石墨材料的应用中，适当的降低温度可以进一步提高电子输运性能。
此外，外加电场对各向同性石墨的电子输运性能也有显著影响。
电场会引起石墨中的电子产生漂移运动，从而影响其输运性能。
一般来说，较大的外加电场会加速电子的运动速度，从而增加电子的迁移率和电导率。
因此，在设计各向同性石墨电子器件时，需要考虑合适的外加电场强度，以优化电子输运性能。
最后，各向同性石墨的电子输运性能还可以通过控制石墨材料的尺寸和形状来进行调控。
石墨的尺寸越小，表面积相对增大，从而增加电子与界面的相互作用，进一步提高电子输运性能。
此外，石墨的形状也会对电子输运性能产生影响。
石墨在摩擦学与耐磨材料的研究考核试卷
2.石墨在常温常压下具有良好的自润滑性。（）
（答题括号：____）
3.石墨的层状结构使其在垂直于层面方向上的强度远大于平行于层面方向。（）
（答题括号：____）
4.石墨复合材料中，石墨的含量越高，材料的耐磨性越差。（）
（答题括号：____）
5.石墨在真空环境下的摩擦系数高于在空气中的摩擦系数。（）
C.粘接剂粘接法
D.热压法
（答题括号：____）
4.石墨在哪些领域的应用较为广泛？（）
A.汽车工业
B.电子工业
C.航空航天
D.建筑材料
（答题括号：____）
5.以下哪些方法可以提高石墨的耐磨性？（）
A.表面处理
B.复合材料
C.热处理
D.增加石墨的层间距离
（答题括号：____）
6.石墨的层状结构对其哪些性能产生影响？（）
1.碳，六方
2.自润滑，热稳定性
3. van der Waals力
4.铁，铜
5.表面处理，复合材料
6.自润滑
7.导电性，强度
8. 0.1-0.3
9.纯度，结晶度
10.填充物
四、判断题
1. ×
2. √
3. ×
4. ×
5. ×
6. √
7. √
8. ×
9. ×
10. ×
五、主观题（参考）
1.石墨在摩擦学中的应用原理是基于其层状结构和低摩擦系数的特点，提供自润滑效果，减少能量损耗，降低磨损。其优势包括良好的自润滑性、高热稳定性、耐腐蚀性和低密度。
（答题括号：____）
4.石墨作为耐磨材料时，通常与以下哪种材料复合使用？
A.金属
B.塑料
石墨在高压电器材料的应用考核试卷
B.接触器
C.断路器
D.以上都对
5.下列哪种类型的石墨不适合用于高压电器材料？（）
A.天然石墨
B.人造石墨
C.煅烧石墨
D.橡胶石墨
6.石墨在高压断路器中的作用是什么？（）
A.提高断路器的开断能力
B.降低断路器的温升
C.提高断路器的绝缘性能
D.减小断路器的体积
7.以下哪个因素不会影响石墨在高压电器材料中的应用？（）
C.石墨的热处理温度
D.石墨的颜色
18.在高压电器用石墨材料的制备过程中，以下哪个步骤可以改善石墨的导电性？（）
A.提高石墨的纯度
B.降低石墨的粒度
C.增加石墨的热处理次数
D.采用粘结剂混合
19.以下哪个因素会影响高压电器用石墨材料的抗氧化性？（）
A.石墨的纯度
B.石墨的粒度
C.石墨的热处理温度
D.石墨的晶体结构
3.石墨的导电性主要取决于其________结构。
4.为了提高石墨在高压电器中的抗氧化性，可以采用________的方法。
5.高压电器用石墨材料的热处理过程，主要是为了改善其________性能。
6.在高压电器中，石墨材料的________性能对于提高设备的可靠性至关重要。
7.评价高压电器用石墨材料性能的指标之一是________。
15.下列哪种方法不适于检测高压电器用石墨材料的性能？（）
A.体积电阻率测试
B.抗折强度测试
C.热膨胀系数测试
D.酸碱度测试
16.在高压电器中，以下哪个部件不适用石墨材料？（）
A.断路器触头
B.隔离开关触头
C.绝缘子
D.母线
17.以下哪个因素不会影响高压电器用石墨材料的导电性？（）
各向同性石墨的微观结构分析
各向同性石墨的微观结构分析石墨是一种由碳元素构成的晶体材料，常见于自然界中石墨矿石中，也可通过人工合成获得。
从宏观上看，石墨具有特殊的结构和性质，其中各向同性石墨是一种最常见的类型。
本文将重点探讨各向同性石墨的微观结构，以及与其性质相关的因素。
各向同性石墨的微观结构主要由石墨层和层间的相互作用所决定。
石墨层由平面排列的碳原子构成，每个碳原子与其邻近的三个碳原子形成共价键，形成了一个平面的六角形结构。
这种由六角环相互堆叠而成的结构使得石墨层具有非常好的平面性质，因此在石墨表面形成了非常光滑的平面。
在石墨层之间存在弱的范德华力，这种范德华力使得石墨层可以相互堆叠，形成完整的各向同性石墨结构。
这种层状结构使得各向同性石墨在垂直于石墨层方向上具有较大的硬度和强度，同时在平行于石墨层方向上具有较强的导电性和热导率。
此外，各向同性石墨的微观结构还受到不同因素的影响。
首先，石墨层之间的堆叠方式会对石墨的性质产生影响。
例如，AB堆叠方式和ABC堆叠方式会导致不同结构的各向同性石墨，其导电性和热导率也会有所差异。
其次，石墨层之间的平移、扭转和层间间隙的变化都会对各向同性石墨的性质产生影响。
例如，通过改变石墨层之间的相对位置可以制备出不同形状的石墨颗粒，从而影响石墨的导电性和机械性能。
此外，外界的温度、压力和外加力等因素也会对各向同性石墨的微观结构产生影响。
随着温度的升高，石墨层之间的范德华力会减弱，从而影响各向同性石墨的力学性能。
而在高压条件下，石墨层之间的距离会减小，从而导致各向同性石墨的垂直强度增加。
各向同性石墨的微观结构对其性质的影响是多方面的。
首先，石墨层之间的范德华力使得各向同性石墨具有高温稳定性和良好的耐磨性，同时也赋予了石墨良好的润滑性能。
其次，由于石墨层的平面结构，各向同性石墨在平行于石墨层方向上具有较强的导电性和热导率。
这种导电性使得各向同性石墨在电池、石墨电极等领域具有广泛的应用。
总之，各向同性石墨的微观结构主要由石墨层和层间的相互作用所决定，其中范德华力是维持层状结构的重要力量。
石墨含量对铁_石墨固体自润滑材料力学及摩擦学性能的影响
由图 1、 图 2 可以看出 : 所制铁- 石墨固体自润滑 材料的压溃强度和冲击吸收功均随石墨含量的增加 先升高而后又急剧降低。之所以出现以上现象, 其原 因是: 当添加的石墨量较少时 , 石墨与基体金属铁生 成少量的珠光体组织, 如图 3a 所示, 夹杂在晶界之 间, 不容易区分; 随着石墨含量的增多, 材料的珠光体 组织也随之增加, 如图 3b 所示, 因此其压溃强度、 冲 击韧性随着珠光体含量的增加而逐渐提高, 当石墨含 量达到 1% 时 , 材料的压溃强度值和冲击韧性达到最 好。如果石墨的含量继续增加, 由于在冷却过程中采 取分阶段冷却工艺 , 让碳在冷却过程中从奥氏体中析
[ 13] [ 9] [ 10] [ 11] [ 12] [ 8] [ 6] [ 7] [ 5]
图 3 不同石墨含量固体自润滑材料的金相照片 石墨含量 : a- 0. 5%; b- 1% ; c- 2%
第3期
李红印等 : 石墨含量对铁 - 石墨固体自润滑材料力学及摩擦学性能的影响
35
出, 减少组织中的游离渗碳体含量; 过剩的石墨不再 与基体金属铁发生反应, 而以游离态存在于基体材料 中, 如图 3c 所示, 由于游离石墨的存在进一步减少了 金属基体组织的连续性, 因此材料的力学性能也将随 之继续下降。 2. 2 减摩性能分析 固体润滑材料要想具有良好的耐磨性和良好的 润滑性能, 其中含有软质相和硬质相是必不可少的。 软质相能够保证固体润滑材料具有良好的润滑性能, 硬质相可以保证材料的使用寿命。
34
表 1 实验原料成分( 质量分数 )
序号 01 02 03 04 05 06 07 08 Fe 94 93. 5 93 92. 5 92 91. 5 91 90. 5 合金元素 A 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 5. 5 石墨 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 3 3. 5 4
不同条件下石墨和炭纤维增强尼龙复合材料的摩擦学特性
不同条件下石墨和炭纤维增强尼龙复合材料的摩擦学特性王军祥;顾明元
【期刊名称】《高分子材料科学与工程》
【年(卷),期】2004(20)5
【摘要】石墨和炭纤维复合增强尼龙1010在摩擦过程中发生了协同效应,其摩擦系数低于0.12,低载荷下的耐磨性能比纯尼龙提高2个数量级以上;在400N载荷的水润滑下复合增强尼龙材料的耐磨性能明显优于单一炭纤维增强尼龙材料,比其干摩擦下耐磨性能也提高了1～2个数量级。
对应水润滑下复合增强材料的磨损表面主要发生了轻微的磨粒磨损,炭纤维被磨平磨细;而干摩擦下则发生了剧烈的热疲劳剥落磨损。
【总页数】4页(P140-143)
【关键词】石墨-炭纤维增强尼龙复合材料;摩擦学特性;磨损机理;机械混合注塑成型
【作者】王军祥;顾明元
【作者单位】上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】TQ327;TB332
【相关文献】
1.石墨烯增强MC尼龙复合材料的力学和摩擦学性能 [J], 龙春光;申超;曹太山
2.不同摩擦条件下四种MC尼龙复合材料摩擦磨损性能 [J], 陈保磊; 贾体锋; 周忠
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3.氟化钙和炭纤维混杂增强尼龙复合材料的摩擦学性能和磨损机理 [J], 王军祥;顾明元
4.炭纤维增强聚四氟乙烯复合材料在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学行为对比研究[J], 贾均红;陈建敏;周惠娣;阎逢元;周华
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碳石墨材料石墨粉高速加工机理
碳石墨材料石墨粉高速加工机理石墨粉是一种常用的碳石墨材料，广泛应用于电池、涂料、塑料、橡胶等行业。
为了满足市场需求，提高生产效率，研究人员对石墨粉的高速加工机理进行了深入研究。
本文将探讨碳石墨材料石墨粉高速加工的机理和相关技术。
了解石墨粉的特性对于研究其加工机理至关重要。
石墨粉是一种由石墨微粒组成的粉末材料，具有良好的导电性、热导性和润滑性。
在高速加工过程中，石墨粉的微粒之间存在一定的摩擦力和碰撞力，这些力量直接影响了石墨粉的加工效果。
石墨粉高速加工的机理可以分为两个方面：物理机理和化学机理。
物理机理主要包括石墨粉微粒之间的摩擦力和碰撞力。
在高速加工过程中，石墨粉微粒受到机械力的作用，微粒之间发生碰撞，从而使石墨粉微粒产生形变和破碎。
此外，石墨粉微粒之间的摩擦力也会使其表面发生磨损，进一步改变石墨粉的形态和性能。
化学机理主要涉及石墨粉在高温下的氧化反应。
在高速加工过程中，石墨粉微粒受到高温和氧气的共同作用，发生氧化反应。
氧化反应会使石墨粉微粒表面形成氧化层，从而改变石墨粉的性质和活性。
此外，石墨粉微粒与氧气的反应还会产生热量，进一步提高了加工温度，促进了石墨粉的加工过程。
为了实现碳石墨材料石墨粉的高速加工，研究人员采用了多种技术和方法。
其中，高速搅拌球磨是一种常用的加工技术。
该技术通过高速旋转的球磨罐和球磨体对石墨粉进行碾磨，实现石墨粉的高速加工。
此外，还有喷雾干燥、超声波处理等技术也被广泛应用于碳石墨材料石墨粉的高速加工过程中。
在石墨粉高速加工中，还需要考虑一些关键因素，如加工温度、加工时间、球磨体的材质和形状等。
适当的加工温度和时间可以提高石墨粉的加工效果，而球磨体的选择和形状则直接影响了加工力度和效果。
因此，在实际加工过程中，研究人员需要通过合理的调节这些因素，以获得最佳的加工效果。
碳石墨材料石墨粉的高速加工机理是一个复杂的过程，涉及到物理机理和化学机理的相互作用。
通过对石墨粉特性的了解和相关技术的应用，可以实现石墨粉的高速加工，提高生产效率。
人工石墨电磁参数
人工石墨电磁参数人工石墨电磁参数是指人工合成的石墨材料在电磁场中的特性和响应。
石墨是一种具有高导电性和高热导性的材料，因此具有良好的电磁特性。
人工石墨电磁参数的研究对于电磁波传播、电磁辐射和电磁相互作用等方面具有重要意义。
在电磁波传播中，人工石墨的电磁参数决定了它对电磁波的吸收、反射和透射能力。
石墨的导电性使其能够吸收电磁波的能量，而石墨的高热导性使其能够快速地将吸收的能量散热出去。
这些特性使得人工石墨在电磁波防护和电磁干扰控制方面具有广泛的应用。
人工石墨的电磁参数还与其结构和形态密切相关。
石墨是由碳原子形成的六角晶格结构，因此具有特定的晶体结构和晶格常数。
这些结构特性决定了石墨的电磁参数，如电导率、介电常数和磁导率等。
人工石墨的电导率是其最重要的电磁参数之一。
电导率反映了材料对电流的导电能力，它与材料中自由电子的浓度和迁移率有关。
人工石墨具有高导电率，这使得它在电磁波传播和电磁辐射方面具有广泛的应用，如导电材料、电磁屏蔽和天线等。
另一个重要的电磁参数是人工石墨的介电常数。
介电常数是材料对电场的响应能力，它反映了电场在材料中的传播速度和衰减情况。
人工石墨的介电常数取决于其晶格结构和分子间相互作用力。
介电常数的变化会影响电磁波在人工石墨中的传播和衰减特性，因此具有重要的应用价值。
人工石墨的磁导率也是其重要的电磁参数之一。
磁导率反映了材料对磁场的响应能力，它与材料中磁化强度的关系密切。
人工石墨具有较低的磁导率，这使得它在电磁波传播和电磁干扰控制方面具有优势。
人工石墨的电磁参数对于电磁波传播、电磁辐射和电磁相互作用等方面具有重要意义。
人工石墨的导电性、介电常数和磁导率等参数决定了它在电磁波防护、电磁干扰控制和导电材料等领域的应用潜力。
通过对人工石墨电磁参数的深入研究，可以进一步发展电磁材料和电磁技术，推动电磁学科的发展和应用。
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Ｒeceived 11 December 2012 ，revised 31 March 2013 ，accepted 17 April 2013 ，available online 28 September 2013． * Corresponding author． E － mail： wlma@ licp． cas． cn，Tel： + 86 － 931 － 4968139． The project was supported by the National Natural Science Foundation of China （ 51105351 ） and Lanzhou Science and Technology Bureau（ 2010 － 2 － 5 ） ． 国家自然科学基金项目（ 51105351 ） 和兰州市科技发展计划项目（ 2010 － 2 － 5 ） 资助．
2
2． 1
结果与讨论
复合材料的微观组织 图 1 给出了两种复合材料的光学显微组织． 两 种复合材料中主要观察到三种组织组成物 ， 分别为 浅色区域的铁素体， 深灰色区域的珠光体以及少量 FMN 较 FM 黑色的石墨颗粒， 各相分布均匀． 另外， 珠光体数量要少， 这是因为珠光体的生长受碳的体 Ni 加入后可以固溶于基体中， 积扩散控制， 降低碳 的扩散能力， 从而使珠光体长大速度下降所致 ． 通过对两种材料的 XＲD 分析 （ 见图 2 ） ， 表明 FM 中主 要 生 成 了 Fe3 Mo 金 属 间 化 合 物、 Mo2 C 和 Fe2 MoC 三种沉淀强化相， 而 FMN 中除了产生 Mo2 C 和 Fe2 MoC 外， 主要的 Ni 均与 Fe 基体形成了铁镍固 溶体． 这些沉淀强化和固溶强化相都会明显提高复 合材料的强度， 这也是 FMN 显微组织中珠光体较 FM 少但硬度却较高的原因． 另外， FM 中的石墨由 Mo 、 Fe ， 于与 的反应 后 含 量 较 低 其 谱 峰 未 能 检 测 到， 而在 FMN 中石墨峰较明显， 说明该材料中保留 了一定量的石墨． 导致两种材料石墨含量差异的原 因可能是 FMN 中 Ni 的加入增加了整个材料中的相 界面， 一定程度上减少了 Mo 与 C 的直接接触， 从而
第 33 卷 第 5 期 2013 年 9 月
摩 擦 学 学 报
Tribology
Vol 33 No 5 Sept， 2013
Fe － Mo － 石墨和 Fe － Mo － Ni － 石墨 的高温摩擦磨损行为
1* 马文林 ， 陆 2 2 1 龙， 郭鸿儒 ， 王静波 ， 贾 2 1 1 辉， 张树伟 ， 吕晋军
［3 － 5 ］
3 合材 料 FM 与 FMN 的 密 度 分 别 为 6. 4 g / cm 和 6. 44 g / cm3 ， 硬 度 分 别 为 HB133 和 HB188
（ 62． 5 kgf， 保压 10 s ） ． 对偶盘采用 40Cr （ 0． 37% ～ 0． 44% C ， 0． 17% ～ 0． 37% Si， 0． 5% ～ 0． 8% Mn， 0. 8% ～ 1. 1% Cr， S 不 大 于 0． 035% ， P 不大于 0. 035% ， Ni 不大于 0． 03% ， Cu 不大于 0． 03% ， 其余 为 Fe） 材料加工， 几何尺寸为 45 mm × 10 mm， 表 表面硬度为 HＲC28 ～ 30． 摩 面粗糙度 Ｒ a 约 0． 8 μm， 擦磨损试验所用载荷为 39． 2 N， 转速 800 r / min （ 线 320 和 450 ℃ 下进行试 速度约1 m / s） ， 分别在室温、 验， 每个温度下的试验重复 3 次． 室温下摩擦试验运 320 和 450 ℃ 下摩擦试验运行时 行时间为 90 min， 60 min． 计算机数据采集系统每隔 6 s 采集 1 个 间为 摩擦系数， 将所有的摩擦系数取算术平均值作为一 次摩擦试验的平均摩擦系数． 用精度为 0． 1 mg 的电 子天平称取样品磨损后的质量损失， 计算获得其磨 损率（ 单位载荷和单位距离下的磨损体积 ） ． 用光学显微镜 （ Zesis Imager A2m ） 观察分析两 种复合材料的金相组织； 用扫描电子显微镜 （ SEM， JSM 5600LV） ， 对两种复合材料和对偶表面磨痕形 D / MAX － 貌进 行 观 察； 用 X 射 线 衍 射 仪 （ XＲD， 2400 ） 进行物相组成分析．
பைடு நூலகம்
320 ℃ 和 450 ℃ 下的摩擦磨损性能． 结果表明： FM 和 FMN 两种复合材料主要含有铁素 并研究了其在室温、 及组成， Fe3 Mo 金属间化合物、 Mo2 C、 Fe2 MoC 以及少量石墨， 体、 珠光体、 各相分布均匀． FMN 较 FM 珠光体数量要少，Ni 元 素的加入在一定程度上抑制了珠光体的生成； 室温条件下， 富含石墨的摩擦层发挥了减摩作用， 而在高温条件下， 复 合材料中的石墨与对偶表面生成的 Fe 氧化物 Fe2 O3 + Fe3 O4 + FeO·Cr2 O3 对其减摩降磨至关重要 ． 关键词： Fe － Mo － 石墨； 高温； 摩擦磨损性能； Fe 的氧化物 中图分类号： TH117． 3 文献标志码： A 文章编号： 1004 － 0595 （ 2013 ） 05 － 0475 － 06
1
1． 1
实验部分
材料制备
本研究 中 制 备 了 两 种 铁 基 复 合 材 料， 分别为 Fe － 10Mo － 3． 5Gr 和 Fe － 10Mo － 5Ni － 3． 5Gr （ 均为 质量比 ） ， 为方便起见在下文中分别简写为 FM 和 FMN． 首先， 按上述配比分别称取纯度均为 99． 5% Mo 粉、 Ni 粉以及石墨粉， 的 Fe 粉、 用三维混料器混 匀后冷压成型， 冷压压力 300 ～ 600 MPa； 然后， 将压 坯放入管式炉中无压烧结， 升温速率 5 ℃ / min， 烧结 温度 1 000 ～ 1 080 ℃ ， 保温时间 15 ～ 30 min 后， 随 炉自然冷却， 整个烧结过程中通氢气气氛进行保护 ． 1 ． 2 摩擦磨损试验及相关表征 摩擦磨损试验在栓 － 盘式高温摩擦试验机上进 行． 栓试样由研制的复合材料制作， 其几何尺寸为 5 mm × 15 mm， 表面粗糙度 Ｒ a 为 0． 4 μm． 两种复
（ 1． State Key Laboratory of Solid Lubrication，Lanzhou Institute of Chemical Physics， Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000 ，China 2． Lanzhou Industry Ｒesearch Institute，Lanzhou 730000 ，China） Abstract： The Fe － Mo － Graphite （ FM ） and Fe － Mo － Ni － Graphite （ FMN ） composites were fabricated by P / M technology． The microstructure，component and the tribological behavior of these composites at room temperature，320 ℃ and 450 ℃ were investigated． The results indicate that both kinds of composites were mainly composed of ferrites，pearlite， Fe3 Mo，Mo2 C，Fe2 MoC carbides，and small amount of compacted graphite． The content of pearlites in FMN was less than that in FM． It is suggested that the addition of Ni element affect the formation and growth of the pearlite． At room temperature，the surface layer rich in graphite in sliding contact was contributed to the low friction of these composites． At elevated temperature，graphite and Fe oxides on the surface of counterparts，such as Fe2 O3 ，Fe3 O4 and FeO·Cr2 O3 played the key role on decreasing friction and reducing wear． Key words： Fe － Mo － Graphite，elevated temperature，tribological behavior，iron oxides
Tribological Behavior of Fe － Mo － Graphite and Fe － Mo － Ni － Graphite Composites at Elevated Temperature
MA Wen － lin1* ，LU Long2 ，GUO Hong － ru2 ，WANG Jing － bo1 ， JIA Hui2 ，ZHANG Shu － wei1 ，LU Jin － jun1*
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擦
学
学
报
第 33 卷
冶金行业如钢厂、 铝冶炼厂和铜冶炼厂等， 连铸 设备的托辊轴承、 冷床高温区轴承、 加热炉前后轨道 托辊轴承等仍采用滚动轴承， 其润滑方式仍然是定 时加入润滑油、 润滑脂． 上述传动设备的环境温度通 超过了润滑油、 脂的使用温度， 同 常在 300 ～ 400 ℃ ， 时也超过了滚动轴承的最高使用温度 （ 180 ℃ ） ． 平 均使用一个月左右就需要更换轴承， 而且由于润滑 失效， 经常发生抱轴， 造成生产停顿、 原材料浪费、 检 修难度大等问题． 在国外相同行业， 根据现场工作条 ， 件 不同程度地采用了各类高温耐热润滑合金轴套 （ 滑动轴承 ） ， 寿命均在半年以上， 极大地提高了工 降低了成本， 减小了原材料消耗等． 因此， 研 作效率， 制出在冶金行业高温区设备传动支承部件 ， 即室温 至 400 ℃ 可使用的 Fe － Mo 合金基高温自润滑材料 滑板和关节轴承等， 达到国外同类材料 制作的轴套、 ［1 － 2 ］ ， 或部件的水平， 具有重要意义． 据文献报道 在 Fe － 石墨材料中， 加入 5% ～ 20% 的 Mo， 对其机械 性能和摩擦磨损性能具有显著的影响， 可改进减摩 性能和扩大应用范围． 作者在前期研究中也发现， Mo 作为增强相对于提高铁基复合材料的使用温度 ． 添加 Mo 后， 作用明显 材料基体一般具有双相 2 组织， 一种为固溶体（ 显微硬度 180 ～ 240 kg / mm ） ， 一 种 为 Fe － Mo 金 属 间 化 合 物 （ 显 微 硬 度 750 ～ 800 kg / mm2 ） ． 另外， 考虑到 Ni 具有提高硬度、 减小 磨损、 稳定室温摩擦系数、 降低高温磨损的特性， 同 本文作者研制出了Fe － 时具有助熔烧结作用． 因此， Mo － 石墨材料和Fe － Mo － Ni － 石墨材料， 并对其摩 擦学性能进行了研究．