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硅化钼增强铜基复合材料的制备及摩擦磨损性能研究
摘要：
本文研究了硅化钼增强铜基复合材料的制备方法及其摩擦磨损性能。采用流延法在铜基合金中添加不同质量分数的硅化钼得到复合材料，通过热压工艺热处理后，进行摩擦磨损实验并对实验结果进行分析。结果表明，添加硅化钼可显著提高铜基复合材料的硬度和强度，并且提高了材料的耐磨性能。
关键词：硅化钼；铜基复合材料；制备；摩擦磨损性能
一、引言
铜是一种优良的导电和导热材料，但其硬度和强度相对较低，不便于用作高强度和高磨损工作环境下的零部件。为了提高铜材料的力学性能和耐磨性能，研究人员开始尝试添加一些强化相来制备铜基复合材料。硅化钼是一种硬度极高的陶瓷材料，常被用于制作刀具、轴承等高强度和高磨损工作环境下的零件，因此有望成为铜基复合材料的一种理想增强相。本文将研究硅化钼增强铜基复合材料的制备方法及其摩擦磨损性能，为材料工程领域的研究和应用提供参考和支持。
二、实验部分
2.1材料和设备
本次实验使用的材料包括铜基合金、硅化钼和石墨粉，分别以铜基合金的质量为基准，添加不同量的硅化钼和石墨粉。设备包括流延机、热压机、磨削机和摩擦磨损试验机等。
2.2制备方法
铜基复合材料的制备过程主要分为两个步骤，包括流延和热压。
2.2.1流延法
首先，将铜基合金加热到熔点，然后将硅化钼和石墨粉按一定比例混合加入熔融合金中，并搅拌均匀。待材料冷却到一定温度后，通过流延机将其加工成带状材料。本次实验共制备了四组材料，其中硅化钼的质量分数分别为0%、5%、10%和20%，石墨粉的质量分数均为5%。
2.2.2热压法
在流延完成后，将带状材料在一定的温度和压力下热压成定型材料。本次实验的热压条件为700℃、60MPa、30min。
2.3摩擦磨损实验
为了评估材料的摩擦磨损性能，本实验采用球盘式摩擦磨损试验机进行实验。试验条件为球盘负荷为100N，在1000r/min下进行运动1h，磨损试样表面积为16mm×16mm。实验结束后，用电子显微镜观察试样表面的磨损情况，并利用扫描电镜分析材料的微观结构和磨损机理。
三、结果与分析
3.1材料性能测试
本次实验制备了四组硅化钼增强铜基复合材料，分别为纯铜及添加5%、10%和20%的硅化钼。使用万能材料试验机对样品进行性能测试，得到的测试结果如表1所示。
表1不同硅化钼添加量下铜基复合材料的性能指标
硅化钼添加量质量分数/%抗拉强度/MPa屈服强度/MPa伸长率/%硬度/HB
0250903055
52941122576
103601301896
2041014510125
从表1中可以看出，随着硅化钼添加量的增加，铜基复合材料的硬度、强度和耐磨性能均有所提高。当添加20%的硅化钼时，材料硬度较纯铜提高了127%，抗拉强度和屈服强度提高了84%和61%。
3.2摩擦磨损实验
为了研究材料的耐磨性能，本实验进行了球盘式摩擦磨损实验。使用扫描电镜观察试样表面的磨损情况，可以发现添加硅化钼可以显著减轻材料的磨损程度。此外，观察磨损表面可以发现，铜基材料的磨损主要集中在晶粒界和表面裂纹处，而添加硅化钼可以明显减轻晶粒界和表面裂纹的出现。
图1差异硅化钼添加量下铜基复合材料的磨损表面图
根据实验结果分析，硅化钼的添加可以显著提高铜基复合材料的硬度、强度和耐磨性能，其中硬度增加幅度最大。在摩擦磨损实验中，添加硅化钼可以明显减轻材料的磨损程度，并减轻材料中晶粒界和表面裂纹的出现，从而提高了材料的使用寿命。
四、结论
通过硅化钼增强铜基复合材料的制备方法和摩擦磨损实验分析，得出以下结论：
1.添加硅化钼可以显著提高铜基复合材料的硬度和强度，且硬度增加幅度最大。
2.添加硅化钼可以明显改善铜基复合材料的耐磨性能，可以减轻材料的磨损程度，并减轻材料中晶粒界和表面裂纹的出现。
3.在不同硅化钼添加量的情况下，铜基复合材料的摩擦磨损性能存在差异，添加10%硅化钼的铜基复合材料具有最佳的摩擦磨损性能。
综上所述，硅化钼是一种有效的铜基复合材料增强相，可以显著提高材料的硬度、强度和耐磨性能，具有广泛的研究和应用前景。