第21卷第5期
2001年0月
摩擦学学报
TRⅡjoLOGY
V012l。No5
Sep，2601
碳纤维增强铜基复合材料自润滑轴承的
设计
领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计
准则
车建明
(天律大学机械工程学院，天律300072)
摘要t根据均匀设计原理．对碾纤维增强铜基复合材料的磨损试验参数予以科学排列．不仅减步了试验次数，而且提
高丁试验数据统计结果的可靠性．同时．引入可靠性技术，建立丁自润精轴承在不同临界磨损率下材料的可靠度．压强
-速度曲线及其计算方法．为嵌纤维增强橱基复合材料自润柑轴承的设计提供依据．
关奠询t碳纤维增强l铜基复合材料}自润滑轴承l设计准则
中田分娄号：THl42．2 文章标讽码：A 文章编号：100J．一0595(2001)05·0371—04
碳纤维增强铜基复合材料(简称C／Cu复合材
料)是一种优良的自润精摩擦副材料n“]．自润滑轴
承常规的设计准则是限定压强p和相对滑动速度口．
即卸值．研究
表
关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf
明m“，复合材料的磨损率与印值
不成正比，大载荷低速度和小载荷高速度的两个轴
承，尽管其加值相同，但运转时的磨损特性不同．若
仍将加值作为一个常数来设计复合材料无润滑轴
承，势必会造成很大误差．因此，引入可靠性技术，采
用统计分析方法，建立材料在不同可靠度下的极限压
强与极限速度曲线(简称R-p一。曲线)作为自润精轴
承的设计准则是合理的口4]．
由于c／cu复合材料的耐磨损特性，使得相应的
摩擦磨损试验耗时较多．而为了寻找其磨损规律，又
希望试验参数取值的范围尽可能较宽，这将使本来很
耗时的摩擦磨损试验更加冗长．本文作者首次采用一
种新型的摩擦磨损试验设计方法，以实现通过较少试
验次数来获取具有代表性的样本，从而建立具有可靠
性指标的自润滑轴承设计准则．
1实验部分
1．1试验条件
在MM．200型高速高温磨损试验机上，采用试
块．试环精动接触方式进行摩擦磨损试验．试块材料
为C／Cu复合材料，碳纤维体积分效35蹦，其形状及
尺寸如图1(a)所示．试环材料为淬火454钢，硬度
55HRC．表面经研磨加工．其外形如图1(b)所示．碳
纤维方向与滑动方向一致．用电感测微仪测量试块磨
损前后尺寸的变化，经计算得到磨损率．环境条件为
常温，相对湿度RH=55％．
1．2试验设计
常用的试验设计方法有：全因素试验法、单因素
轮换试验法以及正交设计法等．我们采用一种“我国
独创，世界领先”的试验设计方法——均匀设计法嗍．
(a)C／Cucompositemsterislblock(b)Steelring
Fig1 ConJ[iguratlonofthespecimens
图1试件形状及尺寸示意图
该方法曾在我国的导弹设计中发挥过重要作用．它是
通过一套按效论理论制定的
规范
编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载
化表格来实现的，该
套表格包含均匀设计表和使用表两组，前者含有^行
s列的方阵，是使用者进行试验设计的基本工具，后
者用于指导各因素在均匀设计表中的排列方式．由于
它布点均匀分散，因而每个试验点都具有代表性．与
其它几种试验设计方法相比，均匀设计法相应的试验
次数明显较少．
在研究无润滑轴承的磨损特性时，若要探讨载荷
基盘疆目t目索自然科学基叠项目(59275180)．
收稿日期一2000-12—30I惨回日媚，2001·毗一01／联系人车建明．
作者筒介。车建明．男，1961年生，博士，耐教授．主妥从事摩鼻学设计的研氪工作
搦逸癌净
万方数据
!"滑动速度 #"摩擦副材料 $以及环境条件 %对磨损
率 &的影响’即要寻找 &与 !"#"$及 %等因素之间的
变化规律’为此必须进行一系列的摩擦磨损试验(设
取该 )个因素各为 *个水平进行考察’即+
!+!,"!-"..!*/#+#,"#-"..#*/
$+$,"$-"..$*/%+%,"%-"..%*/
则全因素试验法是将每一因素的不同水平排列组合
起来’需进行 *0*0*0*1232,次试验(当因素和水
平数不多时’采用该方法可获得丰富的试验结果(但
当因素和水平数较多时’采用这种方法则非常繁冗(
而采用均匀设计法设计四因素九水平的磨损试验’可
选用 4*5*26设计表(只需进行 *次试验即可(该磨损
试验方案不仅使所考察的因素空间5水平数6足够大’
而且大大减少了试验次数’提高了试验效率(
本文旨在考察给定材料和环境条件下’载荷 !和
滑动速度 #对磨损率 &的影响规律’故所考察的因素
为!和#(现将!和#分别取 *个水平’选用均匀设计
表 4*5*26’试验设计结果见表 ,第一和第二两列(
表 7 试验数据与分析
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-4ZI一426．
[4]w暑d_N．UchiyamaY．Frictionand氍盯。f-hort_fibre-
r血缸r刊rub]】er∞mp∞h}underv盯沁⋯liding5peed。^Dd
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-’/ 摩 擦 学 学 报 第 /’卷
万方数据
碳纤维增强铜基复合材料自润滑轴承的设计准则
作者： 车建明
作者单位： 天津大学机械工程学院
刊名： 摩擦学学报
英文刊名： TRIBOLOGY
年，卷(期)： 2001，21(5)
引用次数： 0次
参考文献(13条)
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相似文献(10条)
1.学位论文 杨华 短碳纤维增强铜基复合材料的制备及其性能的研究 2003
碳纤维增强铜基复合材料以其优异的导电、导热、减摩和耐磨性能以及低的热膨胀系数,越来越引起工业界的重视.要制备出性能优良的纤维增强复合材料,纤维与基体的结合至关
重要.该论文以化学镀和电镀相结合的方式对碳纤维表面进行涂覆铜处理,采用粉末冶金方法制备了短碳纤维无序增强铜基复合材料.并对复合材料的摩擦学性能、力学性能以及导热导
电性能进行了研究.
2.学位论文 李晓龙 短碳纤维增强铜基复合材料的制备及摩擦学性能的研究 2002
该论文用粉末冶金的方法制备了短碳纤维增强酮基复合材料,择制备复合材料的关键工艺-碳纤维的表面镀铜-进行了优化,并对不同碳纤维体积含量的复合材料的摩擦学性能进行
了测试,研究获得了以下结果:1.对碳纤维进行适当的表面处理,然后用化学镀和电镀结合的方法在其表面镀铜,较好的解决了碳纤维与铜的相容性问
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
,对碳纤维先进行化学镀再电镀
,既提高了碳纤维与镀层的结合力,又可获得较厚的镀层.2.使用溶剂湿混法把短碳纤维与铜粉混合在一起,使用粉末冶金工艺冷压,烧结,制得碳纤维增强铜基复合材料试样,扫描电镜观
察,碳纤维在试样中分布均匀,致密度较好.3.短纤维铜基复合材料的磨损机制主要是粘着磨损和氧化磨损,粘着磨损占主要地位.
3.期刊论文 唐谊平.刘磊.赵海军.朱建华.胡文彬.TANG Yi-ping.LIU Lei.ZHAO Hai-jun.ZHU Jian-hua.HU Wen-bin 短碳纤维增强铜基复
合材料的摩擦磨损性能研究 -材料工程2007(4)
采用冷压烧结工艺制备了短碳纤维增强铜基复合材料,考察了该复合材料的干摩擦磨损性能.讨论了短碳纤维含量、载荷、转速等对复合材料摩擦性能的影响.结果表明:复合材料
的耐磨性能明显优于基体材料;随着碳纤维含量的增加复合材料的耐磨性能进一步提高;随载荷和转速的提高,摩擦系数和磨损量也随之增加;复合材料由纯铜的粘着磨损转变为剥层磨
损,并均伴有一定的氧化磨损.
4.会议论文 杨连威.姚广春 碳纤维镀铜及其对铜基复合材料界面影响 2004
碳纤维与铜之间的润湿性很差,导致碳纤维-铜复合材料的界面问题十分突出,给碳纤维增强铜基复合材料具有的优异性能带来很大的影响.用化学反应法在碳纤维表面镀铜,然后再
与铜复合,可以有效地解决上述问题.但由于碳纤维具有纤细疏水,表面惰性的特点,因此对它镀铜很难.本文以CuSO4为主盐,锌粉为还原剂,研究了四种不同类型添加剂：A(烷基苯磺酸
盐)、B(烷基磺酸盐)、C(十二烷基脂肪酸盐)和D(十二烷基脂肪酸盐+醋酸)对碳纤维镀铜的影响.结果表明：D型添加剂最有利于碳纤维镀铜,它能有效地解决碳纤维镀铜时经常发生的
碳纤维柬“黑心”问题.在实验中观察到整束碳纤维被均匀、连续地镀上了铜.通过扫描电镜观察：在镀铜碳纤维的断面上可以看到镀层和碳纤维结合得很牢固;在镀铜碳纤维与铜复合
所得的复合材料中碳纤维与铜之间的界面结合得十分紧密.
5.期刊论文 龙卧云.丁晓坤.杨晓华.林智群.任文辉.李雪松.LONG Wo-yun.DING Xiao-kun.YANG Xiao-hua.LIN Zhi-qun.REN Wen-hui.
LI Xue-song 碳纤维增强铜基复合材料的性能研究 -理化检验-物理分册2006,42(8)
采用粉末冶金法制备了短碳纤维增强铜基复合材料.经对不同碳纤维含量试样的硬度及导电性能的测定,并在干摩擦的条件下研究了碳纤维增强铜基复合材料的摩擦磨损性能,同时
对磨损表面的微观结构进行观察来分析其磨损机理.实验结果表明,随着碳纤维含量的增加,该材料的硬度和耐磨性均有所增加,但其导电性有所下降.
6.学位论文 邓小燕 短碳纤维增强镍铜基复合材料的制备与性能研究 2005
本研究采用粉末冶金法制备镍铜合金及短碳纤维增强镍铜基复合材料，通过复烧方法强化其性能，然后通过Larson-Miller参数方程对材料进行热处理模拟。研究结果表明：1、
适量碳纤维的加入能显著提高基体材料的性能，在碳纤维含量为8﹪时，硬度最高。2、若烧结时间相同，在一定的温度范围内，材料的硬度随着烧结温度的升高而增大。当在某一较
低温度下烧结时，适当地延长烧结时间，也能提高烧结材料的性能。3、对烧结材料进行较低温度较长时间的复烧，可明显提高材料的性能。4、Cf/NiCu复合材料比NiCu合金具有更好
的耐热性。根据Larson-Miller参数对材料进行热处理模拟，复合材料的硬度明显高于基体合金，而且，材料的硬度与热处理参数P值有较好的线性关系。
7.期刊论文 唐谊平.刘磊.赵海军.朱建华.胡文彬.TANG Yi-ping.LIU Lei.ZHAO Hai-jun.ZHU Jian-hua.HU Wen-bin 短碳纤维增强铜基复
合材料制备新工艺 -机械工程材料2006,30(10)
开发了一种对短碳纤维直接电镀铜的新方法,并将得到的镀铜短碳纤维直接进行冷压烧结制备铜基复合材料,对镀铜碳纤维和复合材料的组织和性能进行了研究.结果表明:电镀得
到的电沉积物呈疏松多孔状,且镀层均匀可控;在铜基复合材料中,碳纤维分布均匀,界面结合良好;随着碳纤维含量的增加,复合材料的抗弯强度、硬度也随之增加,但电导率、热导率有
所降低;复压复烧工艺能显著提高复合材料的强度;在电镀工艺为3.0 A/dm2、60 min时,制得的复合材料中碳纤维体积分数为17.9%,综合性能较佳,抗弯强度为282.1 MPa,硬度为96.5
HV,电导率为24.5 m/(Ω mm2),热导率为193.2 W/(mK),经复压复烧后抗弯强度、硬度分别达到327.6 MPa,119 HV.
8.学位论文 王效莲 碳纤维增强铜基复合材料的成形工艺及性能研究 2007
传统轴承合金铅青铜具有良好的抗咬合性、顺应性、嵌藏性和减摩性，但强度和韧性不足限制了其应用范围。碳纤维是先进复合材料中最重要的增强材料，具有比强度高、比模
量高和热物理性、化学稳定性、阻尼降噪性优异等特点。 本文的研究目的是结合铅青铜和碳纤维各自的特点，研制一种具有高强度、高阻尼和优良减摩性能的新型轴承材料，即
碳纤维三维连续增强铜基复合材料。碳纤维三维连续增强铜基复合材料的研究对于提高军事装备的可靠性、隐蔽性和改善工程机械设备的噪声环境都具有重要意义。 本文先通
过化学镀加电镀的方法在碳纤维表面沉积铜层，接着借助辅助框架将镀铜碳纤维编织成三维网络结构预制体，再分别通过粉末冶金法和无压浸渗法将碳纤维预制体与铅青铜基体复合
成形，最后测试了所得复合材料的力学性能。 试验结果表明，粉末冶金法和无压浸渗法对于本复合材料的成形具备其可操作性，但也存在一些缺陷，例如粉末冶金试样中沿着
碳纤维产生了大量宏观裂纹，无压浸渗试样中碳纤维与基体之间的界面结合不理想，无压浸渗复合材料的抗拉强度不到70MPa，远低于基体标准值。针对这些问题，本文从成形工艺的
各个环节和预制体的结构设计等方面分析了原因，并提出了改进措施。
9.期刊论文 张文丽.梅炳初.朱教群.ZHANG Wen-li.MEI Bing-chu.ZHU Jiao-qun 碳纤维增强Cu-Ti3SiC2自润滑复合材料的研究 -热处理
技术与装备2006,27(3)
介绍了碳纤维的表面处理及碳纤维增强铜基复合材料的制备工艺与性能的研究进展.三元层状碳化物Ti3SiC2兼具金属和陶瓷的优良性能,更有意义的是它具有很好的自润滑性能和
比传统的固体润滑剂石墨、二硫化钼更低的摩擦系数.将Ti3SiC2弥散强化Cu与碳纤维复合强化Cu结合,制备出的复合材料,可望有效提高其自润滑性能,被认为在许多领域有着广泛的应
用前景.
10.学位论文 智广林 Cu/Ti<,3>SiC<,2>/C<,f>复合材料组织及性能研究 2008
碳纤维(Cf)具有高比强度、高比模量、低密度、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、导热、热膨胀系数小和优良的自润滑性和减摩性能等一系列优异的性能，这些性能使
其成为近年来最重要的增强材料之一。碳纤维增强铜基复合材料的电导热导率高，具有自润滑和抗电弧侵蚀等优异性能，是一类很有发展前途的功能复合材料。新型层状陶瓷材料
Ti3SiC2集金属和陶瓷的优良性能于一身，如低密度、高熔点、良好的导电导热性、高弹性模量、高断裂韧性、耐氧化、耐热震、易加工等。更有意义的是它具有超低的摩擦系数和优
良的自润滑性能。Ti3SiC2对于Cu是一种有效的陶瓷增强相。因此在铜基体中引入一部分Ti3SiC2，可以起到弥散强化的作用，使复合材料具有更加优异的性能。 本论文通过电
镀和化学镀来解决碳纤维、Ti3SiC2与铜基体的润湿性和均匀分布问题，将Cf强化Cu与Ti3SiC2弥散强化Cu结合，采用泥浆挤压法和热压烧结制备出Cu/Ti3SiC2/Cf复合材料。该材料将
综合Cf、Cu和Ti3SiC2的优良性能，从而成为一种值得研究的新型铜基功能复合材料。 本文开展烧结温度对复合材料性能影响的研究，考察了烧结温度对材料界面的影响。在烧
结温度高于900℃时，铜和Ti3SiC2的反应源于Si和Cu的相互扩散，两者的相对含量是决定界面处生成物质的主要因素，Ti3SiC2含量较低时，界面处随着烧结温度升高，Ti3SiC2中的
Si溶入铜中，形成Cu(Si)固溶体；由于Si在Cu中的固溶度只有8％，所以在Ti3SiC2含量高于50％时，多余的Si则与铜反应生成金属间化合物，如Cu5Si、Cu15Si4，以及
(Cu，Si)η’相。随着反应进行，Ti3SiC2含量减少，Tic含量增多；研究发现随着温度的升高，材料的密度、致密度、硬度和电阻率都变大；研究发现复合材料的最佳烧结温度为
800℃～850℃。 在烧结温度为850℃时，制备不同纤维含量的Cu/Ti3SiC2/Cf复合材料，研究了纤维含量对复合材料的密度致密度、电阻率、硬度、拉伸强度、弯曲强度和抗压
强度的影响；研究发现，随着纤维含量的增加，材料的密度致密度下降，电阻率上升，硬度在纤维含量为8％时达到最大，为130MPa，拉伸强度、弯曲强度和抗压强度在纤维体积含量
为6％时达到最大，分别为215MPa、421MPa和623MPa，之后出现下降。通过SEM分析了复合材料的显微结构，探讨了Cu/Ti3SiC2/Cf复合材料的增强机理和断裂机制。
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_mcxxb200105012.aspx
下载时间：2010年2月7日
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