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激光沉积法制备受电弓滑板用石墨/Cu梯度复合材料

陈静  
【摘要】:受电弓滑板是电力机车从供电接触网获取电能的关键部件,本文以石墨粉和锡青铜粉末为原料,采用化学镀法制备了镀层良好的镀铜石墨粉,改善了石墨与铜之间的润湿性,研究了镀液成分、施镀温度、石墨装载量等工艺参数对镀覆效果的影响;利用激光沉积法制备了石墨/Cu梯度复合材料,并应用多功能表面性能测试仪和磨损试验机研究了其摩擦磨损性能。得出以下结论: (1)主盐浓度过低,还原出来的铜无法完全包覆石墨颗粒,镀层颜色暗;主盐浓度过高,会产生多余的金属铜单质,提高实验成本,浓度为50g/L时镀层最佳。还原剂量少时,无法还原足够铜,镀层不完整;还原剂量多时,铜离子不仅参与置换反应,也会以单质铜的形式出现,浓度为13g/L时镀层最佳。分散剂醋酸的浓度小时,团聚的石墨颗粒无法充分分散,表面未包覆足够的铜;分散剂醋酸的浓度大时,其与铜离子形成过多的络合物会降低反应速度,减少了生成的镀铜含量,影响了镀覆效果,分散剂醋酸加入量选为10ml。随石墨装载量增加,镀铜层沉积速率降低;随温度升高,铜层沉积速率逐渐升高。化学镀铜的最优工艺参数为:50g/L CuSO4·5H2O,13g/L甲醛,10ml/L醋酸(36%),施镀温度30℃,施镀时间40min,石墨装载量7.96dm2/L。 (2)梯度层中从表层至底层石墨的体积分数分别为31%、25%、19%,各沉积层间的结合为良好的冶金结合。沉积层中分布着石墨颗粒,且石墨颗粒呈连续的梯度分布。在激光光斑直径为1mm、送粉量为7.5g/min和离焦量为11mm时,随激光功率的增大,气孔由少变无,再变多;石墨呈梯度分布,梯度层无明显界面,但在800W时石墨堆叠。随激光扫描速度的增大,气孔由多变少;石墨呈梯度分布,梯度层无明显界面,但在12mm/s时石墨堆叠。激光沉积的最佳工艺参数为:激光功率600W,激光扫描速度8mm/s。石墨/Cu梯度材料的硬度值最大硬度值为115HV,最小硬度值为94HV。石墨/Cu梯度材料最小磨损率为6.9‰。


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