铜基功能梯度材料的研究

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1、摘要电力机车滑板材料的研究和开发，在较长时间内是个难以解决的问题。本实验设计出一种新型铜基功能梯度材料，使材料表面具备良好的摩擦学性能，同时材料整体具有良好的机械性能和导电性能，以满足电力机车受电弓滑板材料的使用要求。采用粉末冶金法制备出铜基梯度复合材料，分析了不同底层组成、表层组成以及不同的梯度层数量对梯度材料性能的影响。研究结果表明，当材料底层Zr02含量为3％时，材料具有最佳物理一机械性能；材料表层的石墨含量为10％的时候，材料摩擦磨损性能优异，材料不仅可以在不同的摩擦速度下发挥良好的摩擦学性能，而且还可以在长时间的摩擦磨损条件下稳定的发挥作用。微观分析表明，铜

2、基梯度复合材料Cu．Zr02／Cu．C材料组织分布均匀，表层与底层界面的过渡平稳，界面结合强度较高。磨损表面形貌表明，石墨含量为10％的梯度材料摩擦表面较为光滑，犁沟与剥层明显少于其它材料。运用ANSYS对三种不同表层组成的材料进行模拟分析，结果表明：三种材料的温度分布有一定的差异，随着表层石墨含量的增加，材料表面层的温度梯度也相应增高，表面层石墨含量为5％时，材料整体的温度过渡几乎是均匀的。三种材料的Mises等效应力和应力强度的最大值随着石墨含量的增加有所降低。三种材料的剪切应力最大值随着石墨含量的增加而升高。通过应力分析与计算证明，铜基梯度材料具有一定的实际应用

3、价值。关键词：粉末冶金；梯度材料：摩擦学性能；应力分析；ANSYSABSTRACTInvestigationandexploitationofslideboardonelectriclocomotiveisagreatproblemtosolveinalongtime．Thisexperimentistodesignanewtypeofcopper-basedfunctionalgradientmaterial，makethesurfaceofmaterialbeprovidedwithfavorabletribologyperformance，whilethewho

4、lematerialbeprovidedwithfavorablemechanismandelectricperformance，consequentlythematerialcouldsatis每demandofslideboardonelectriclocomotive．Thecopper-basedfunctionalgradientmaterialismadebypowdermetallurgymethod．Theinfluenceonperformanceofmaterialbydifferentboaomlayer，surfacelayeranddiffe

5、rentnumberofgradientlayerisstudied．Theresultshowsthatthematerialhasbestphysics—mechanismperformancewhenthebottomlayerofthematerialcontains3％ZrCh；Thematerialhasexcellenttribologyperformancewhenthesurfacelayercontains10％graphite．Thismaterialcanexertgoodtribologyperformancebothindifferentf

6、rictionvelocitytestandinlongtimefrictionandabrasiontest．MicrocosmicanalyzingindicatesthatthemicrostructureofgradientmaterialCu．Zr02／Cu—Cdistributesuniformly,transitionoftheinterfacebetweensurfaceandbottomlayerissmooth，thecombiningintensityofinterfaceisrelativelyhigh．Theappearanceofworns

7、urfaceindicatesthatthesurfacelayerofthematerialwhichcontains10％graphiteisrelativelylubricous，thefurrowandpeeledlayerisobviouslylessthanothermaterial．UseANSYStosimulateandanalyzethreekindsofmaterialwhichhasdifferentcomposeinthesurfacelayer,theresultshowsthatalongwithincreasingof