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航空航天、能源冶金、机械电子等工业的迅速发展迫切需要开发具有良好的电热传导性、耐腐蚀性、耐磨性、工艺性能优异且价格低廉的功能材料。传统的的铜合金材料由于强度不足、耐磨性较差使其在一些对材料摩擦磨损性能要求较高领域的应用受到很大程度的限制。因此,如何提高铜合金材料的表面耐磨性就显得尤为重要。 本文以开发高耐磨性铜合金表面复合材料为目标,提出颗粒混杂增强表面复合材料的设计思路,通过实型负压铸渗法制备SiC和石墨混杂增强铜基表面复合材料,分析了制备过程中的预制体、负压铸渗工艺参数等因素对铸渗质量的影响;采用HB-3000型布氏硬度计检测了铜基表面复合材料的宏观硬度;运用WF-300型往复式摩擦磨损试验机对铜基表面复合材料的常温摩擦磨损性能进行了测试;采用SEM和EDS对铜基表面复合材料进行了组织观察、成分和磨损表面形貌分析,讨论了渗层的形成机制及铜基表面复合材料的常温摩擦磨损机制。本文的主要研究工作和结论如下: 1.通过实型负压铸渗法制备了SiC和石墨混杂增强铜基表面复合材料,其中粒度为550~650μm的SiC颗粒、4%石墨(粒度:425~600μm)颗粒、2%粘土作粘结剂、2%硼酸和2%氟化钠作熔剂混合得到预制体涂覆并制备的铸渗模型,采用负压铸渗法,浇注温度为1200~1220℃,负压度为0.06~0.07MPa,浇注压头在500~550mm范围时,制备的铜基表面复合材料铸渗效果较好。 2.制备的铜基表面复合材料表面光洁平整、增强颗粒分布相对均匀;铸渗层的断面组织可以分为复合区、过渡区和基体区,复合层中的增强颗粒与基体界面结合良好。 3.硬度测试表明:SiC颗粒的加入会大幅度提高铜合金材料的表面硬度,而石墨的添加会显著降低铜基表面复合材料的宏观硬度。 4.常温摩擦磨损试验表明:(SiC+Gr)/Cu表面复合材料可以明显提高铜合金材料的表面耐磨性,其中增强颗粒级配在SiC的粒度为550~650μm,石墨的含量为4%、粒度为425~600μm时,铜基表面复合材料的相对磨损率较小,磨损表面犁沟较浅且分布较少,耐磨性较好;与SiC/Cu表面复合材料相比其耐磨性可提高2.5倍左右,与铜合金基体材料相比其耐磨性可提高3倍左右。 5.(SiC+Gr)/Cu表面复合材料的耐磨机制是在摩擦磨损过程中,SiC颗粒起到硬质承载支点的作用,石墨颗粒发挥自润滑减摩的作用,二者协同作用对铜合金材料耐磨性的提高有利。