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Fe-20Cu基自润滑摩擦材料的摩擦学性能研究
摘要
本文研究了Fe-20Cu基自润滑摩擦材料的摩擦学性能。通过制备不同配比的材料，并对其进行扫描电镜、热重分析、X射线衍射、拉伸实验、摩擦磨损测试等实验分析。结果表明，当Cu含量达到20%时，自润滑效果最佳，具有较好的摩擦学性能，可作为一种新型复合材料在工程领域得到广泛应用。
关键词：自润滑；摩擦材料；Fe-20Cu
Abstract
ThispaperstudiesthefrictionalpropertiesofFe-20Cu-basedself-lubricatingfrictionmaterials.Differentratiosofmaterialswereprepared,andtheirSEM,TGA,XRD,tensiletesting,frictionandweartestingwereexamined.TheresultsshowedthatwhentheCucontentreached20%,thebestself-lubricatingeffectwasachieved,andthematerialhadgoodfrictionalproperties.Itcanbewidelyusedasanewtypeofcompositematerialinthefieldofengineering.
Keywords:Self-lubricating;frictionmaterial;Fe-20Cu
前言
摩擦材料在工程领域中有着广泛的应用，如汽车、船舶、飞机等机械设备。然而，摩擦过程中会产生热量和磨损，不仅会消耗能量，而且会降低材料的寿命。因此，如何降低摩擦系数，减少磨损，提高摩擦材料的耐磨性是一项重要的研究工作。自润滑摩擦材料可以在摩擦过程中产生润滑膜，从而减少磨损和摩擦率。在目前的工程领域中，自润滑摩擦材料已经被广泛地引入。
实验
1.实验材料的制备
将Fe和Cu混合搅拌，再借助球磨仪进行混合，分别制备出含有10%、15%、20%、25%Cu的四种材料。最终制备的材料以压制块的形式进行烧结。
2.实验仪器和条件
SEM仪器、TGA仪器、XRD仪器、万能材料试验机、摩擦磨损试验台。
3.实验方法
首先，使用SEM对材料的微观形貌进行观察和分析，了解材料的形貌和结构。然后，使用TGA对材料的热稳定性进行测试，了解材料在高温下的稳定性。接下来，使用XRD对材料的晶体结构进行测试，了解材料的晶体结构和相对平均晶粒大小。使用万能材料试验机测试材料的拉伸性能，以及硬度和弹性模量等机械性能。最后，使用摩擦磨损试验台测试材料的自润滑效果和摩擦学性能。
结果与讨论
1.SEM图像
通过SEM观察，材料中的Cu粉末分布均匀，表明Cu与Fe形成了良好的混合，Cu的含量增加，材料的颗粒度变小，表面更加光滑。
2.TGA分析
TGA结果表明，Cu的添加可以提高材料的热稳定性，随着Cu含量的增加，材料的分解温度逐渐升高。
3.XRD分析
XRD结果表明，材料中的Cu有助于晶体增长，从而提高了晶体强度。随着Cu含量的增加，晶体强度逐渐升高。
4.拉伸实验
拉伸实验结果显示，随着Cu含量的增加，材料的强度和硬度逐渐升高。
5.摩擦磨损测试
摩擦磨损测试结果显示，当Cu含量为20%时，材料表现出最佳的自润滑效果，摩擦系数最小，磨损最小。
结论
通过以上实验结果，可以得出以下结论：
1.Fe-20Cu基自润滑摩擦材料结构稳定，形貌均匀。
2.Cu的添加可以提高材料的热稳定性和晶体强度，但随着Cu含量的增加，晶粒度不断降低。
3.随着Cu含量的增加，材料的强度、硬度和弹性模量逐渐升高。
4.当Cu含量为20%时，材料表现出最佳的自润滑效果，摩擦系数最小，磨损最小。
综上所述，Fe-20Cu基自润滑摩擦材料具有良好的摩擦学性能，其自润滑效果可作为一种新型复合材料在工程领域范围内得到广泛应用。