碳纳米管增强铜锡合金的制备和性能研究

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锡青铜适度的强度和好的可铸性,优良的摩擦性,被广泛用作冶金,矿山,重工,交通运输,电工电器等领域。一方面,中国每年消耗锡青铜10万吨。另一方面,锡青铜中往往添加铅等重金属,对环境和人体存在较大的危害。因此研制低锡低铅的铜基耐磨材料,具有重大的经济意义和社会意义。   碳纳米管具有优良的物理性能,自发现以来一直都是科研人员研究的热点。其高强度和减磨耐磨性恰好起到锡青铜中锡和铅所起的作用。因此,将碳纳米管和铜锡合金结合起来制备一种性能优异的复合材料具有重要的理论和现实意义。   本文采用氧化锡包覆碳纳米管改善其与铜的界面结合,重点研究了碳纳米管的预处理及表面氧化锡包覆,用X射线衍射、红外光谱,拉曼光谱分析处理后碳纳米管。用扫描电镜和透射电镜结合能谱研究碳纳米管表面的结构特征。通过球磨混料法来解决碳纳米管的分散性问题。并对混酸改善碳纳米管表面特性机理进行研究。   其次通过调整原料的配比,烧结温度等工艺参数,探索制备性能优异的CNTs/Cu/Sn复合材料。研究了在700℃、800℃和860℃下,粉末冶金法制备的不同碳纳米管含量的复合材料的性能。应用分析天平测量并计算复合材料密度和致密度,应用维氏硬度计及材料力学试验机研究复合材料的力学性能,应用金相显微镜和扫描电镜研究复合材料形貌和显微结构,应用摩擦磨损试验机研究复合材料摩擦性能。   研究发现,烧结温度800℃为较合适的烧结温度。碳纳米管含量为0.5wt%时,硬度和抗拉强度最大,分别为41.3HV和71.2MPa。随着碳纳米管含量的增加,材料致密度逐渐减小。碳纳米管含量小于1.5wt%,碳纳米管在材料中分布均匀。碳纳米管含量为0.5wt%时,材料摩擦系数和磨损率最小。通过扫描电镜和电子探针进行断口和摩擦表面分析,探讨了碳纳米管的增强机理和复合材料的磨损机理。碳纳米管的增强机理主要为其在基体中的拔出、桥接和细晶强化。复合材料的磨损机理以粘着磨损和磨粒磨损为主。
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