SLM打印AlSi10Mg骨架浸渗聚四氟乙烯自润滑复合材料的制备与性能研究

来源 :深圳大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qichen1988
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随着工业的发展,航空航天领域对于轻质、高强、耐磨的金属基自润滑材料的需求日益增加,不锈钢基、铜基、铁基等自润滑材料由于密度大不能满足航空航天工业的轻质化要求,为了能够为航空产品提供一种轻质、高强、耐磨的自润滑材料,在本文从基体材料的选择、基体结构的设计、固体润滑剂的选择、成型工艺及摩擦学性能等几个方面展开研究,选择轻质高强的AlSi10Mg作为基体并利用结构增强思路设计成镂空点阵结构,通过选区激光熔化技术制备出金属骨架,以PTFE为润滑剂填充,采用无压浸渗与真空热压烧结工艺相结合制备出新型的结合性好比强度高的轻质自润滑复合材料。研究了AlSi10Mg-PTFE自润滑复合材料在三种环境下不同载荷对其摩擦性能的影响,并探究了干摩擦环境中摩擦层结构演化机制,得到以下的主要研究结论:(1)通过选取激光熔化(SLM)成功制备出了具有轻质高强的AlSi10Mg镂空点阵结构的骨架,并通过浸渗和真空热压烧结工艺制备出了致密度高、结合性好的AlSi10Mg-PTFE自润滑复合材料。AlSi10Mg-PTFE自润滑复合材料的抗压强度为118 MPa,热扩散系数随温度增加波动小,具有稳定性。(2)在干摩擦环境中,AlSi10Mg-PTFE复合材料的摩擦系数随载荷的增加呈现出先增大后略微较低的趋势,磨损率随着载荷的增加先变大后减小,其摩擦系数最低为0.076,磨损率最低为1.499×10-5(mm3/(Nm)。在水润滑环境中,复合材料的平均摩擦系数随载荷的增加呈现先减小后增大的趋势,磨损率随载荷的增加呈现先降低后略微增加,其摩擦系数最低为0.065,磨损率最低为2.189×10-4(mm3/(Nm)。在润滑油环境中,复合材料的平均摩擦系数随载荷的增加呈现先减小后增大的趋势,磨损率随载荷的增加先减小后略微增大。摩擦系数最低为0.052,磨损率最低为1.15×10-4(mm3/(Nm)。AlSi10Mg-PTFE复合材料在三种工况下都具有低的摩擦系数和优良的耐磨性能。在三种摩擦环境中,复合材料的摩擦系数(COF)关系为:COF干>COF水>COF油,磨损率为K水>K油>K干。在水润滑和润滑油工况下PTFE膜的形成受到不同程度的阻碍。(3)复合材料在干摩擦工况中摩擦层结构演化机制的研究表明:在载荷的作用下,镂空点阵结构孔隙中的PTFE会渗出到摩擦表面上并发生部分转移,在摩擦副中间形成润滑膜,降低摩擦磨损,提高复合材料的耐磨性。
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