放電等離子燒結(jié)制備鎳摻雜石墨- 銅復(fù)合材料組織性能研究

孫科， 劉錦平， 王靖

（江西理工大學(xué)材料冶金化學(xué)學(xué)部，江西 贛州341000）

銅及銅合金以其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱等性能被廣泛應(yīng)用于航空航天和軌道運(yùn)輸行業(yè)[1-3]，但是自潤滑和耐磨性能差限制了它的發(fā)展，為了提高銅及銅合金的自潤滑和耐磨性能，科研工作者們嘗試了在銅基中添加各種潤滑劑，如石墨類材料[4-5]以及SiO2[6]， TiC[7]等。其中，石墨類材料的固體自潤滑性能更受青睞。 由于密度和熔點(diǎn)的差異較大，石墨與銅基體之間的潤濕性較差[8]，傳統(tǒng)的鑄造方法很難將石墨在銅基體中分散均勻，使得制備出的石墨-銅復(fù)合材料界面結(jié)合處存在孔隙，結(jié)合能力差，嚴(yán)重影響了石墨-銅復(fù)合材料的相對密度及力學(xué)性能[9-10]，從而在復(fù)合材料的使用壽命期間造成損壞。 因此提高石墨-復(fù)合材料力學(xué)性能變得至關(guān)重要， 現(xiàn)有的改善方法主要體現(xiàn)在制備工藝、石墨與銅的界面結(jié)合以及添加硬質(zhì)顆粒。目前，粉末冶金法設(shè)備簡單，工藝成熟，可以將石墨在銅基中分布均勻[11-12]，是制備石墨-銅復(fù)合材料最常用的方法，其中放電等離子燒結(jié)具有升溫快，燒結(jié)時(shí)間短，燒結(jié)樣品比普通燒結(jié)更致密等優(yōu)點(diǎn)[13-14]，更受青睞。 改善界面結(jié)合主要為石墨表面鍍覆金屬如石墨表面鍍銅鍍鎳，但是鍍覆工藝復(fù)雜，成本較高，鍍層的均勻性很難控制[15-17]。 摻雜硬質(zhì)顆粒雖然可以提高復(fù)合材料的強(qiáng)度和硬度，但常規(guī)摻雜的元素如SiO2[18]等與銅并不互溶，在提高復(fù)合材料力學(xué)性能的同時(shí)，也存在與基體界面結(jié)合差的問題。鎳在高溫下與石墨的潤濕性能大于銅與石墨，石墨能以單質(zhì)碳的形式部分溶解于鎳晶格中[19]，可以改善石墨與銅之間的界面結(jié)合性能，且銅鎳無限互溶，因此，加入合金元素鎳可以提高石墨-銅復(fù)合材料的強(qiáng)度和硬度。 由于鎳價(jià)格相對于銅較高，過多鎳的加入會增大對偶磨損[20]，所以需要找到合適的鎳摻雜含量使復(fù)合材料的綜合性能達(dá)到最佳。 在文獻(xiàn)[20-21]中，研究者們采用普通氣氛燒結(jié)對鎳摻雜石墨銅復(fù)合材料進(jìn)行了相關(guān)研究，探究了鎳含量對銅基粉末冶金復(fù)合材料摩擦性能的作用機(jī)理，但并未結(jié)合其顯微組織及鎳的存在形式進(jìn)行說明。 基于此，文中采用放電等離子燒結(jié)工藝，研究鎳摻雜含量對石墨-銅復(fù)合材料顯微組織及其力學(xué)性能的影響。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)選用的基體材料為高純電解銅粉 （純度>99.9%，平均粒徑15 μm，外購中國冶金研究總院，北京）， 選用的增強(qiáng)體材料為天然鱗片石墨 （純度>99.9%，平均粒徑38 μm，外購青島華泰潤滑密封科技有限公司， 山東青島）。 鎳粉為高純試劑霧化鎳粉（純度>99.99%，平均粒徑4 μm，外購中國冶金研究總院，北京），原始粉末形貌如圖1。

圖1 原始粉末2000 倍微觀形貌Fig. 12000 times micromorphology of the original powder

1.2 制備方法

稱取3.0 %（指質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）石墨粉加入裝有無水乙醇的燒杯內(nèi)， 采用超聲波震蕩60 min 使其分散；然后，將石墨分散液與0，3.0%，5.0%，7.0%，9.0%的鎳粉和余量銅粉放入球磨罐內(nèi)，添加一定大小比例的磨球，磨球質(zhì)量比為φ6∶φ4=1∶3，并添加適量無水乙醇作為球磨介質(zhì)和過程控制劑；其次，將球磨罐置于行星式球磨機(jī)（MITR-YXQM-2L）中進(jìn)行行星球磨混料。球磨罐材質(zhì)為聚四氟乙烯，磨球材質(zhì)為氧化鋯，球磨速度為200 r/min，球料比為10∶1，球磨時(shí)間為8 h。 球磨結(jié)束后將漿料經(jīng)金屬網(wǎng)過濾后， 放入60 ℃的電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（DHG-9240B）進(jìn)行干燥，得到石墨含量為3.0%的復(fù)合粉末。稱取10 g 干燥后的石墨/銅復(fù)合粉末，裝入內(nèi)徑φ15 mm，外徑φ35 mm 的高強(qiáng)石墨模具內(nèi)，用30 MPa 的壓力進(jìn)行預(yù)壓成形。 將其置于放電等離子燒結(jié)爐（LABOX-1575F） 中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)完畢后水冷至室溫并脫模取樣。 燒結(jié)工藝參數(shù)為：真空度為5 Pa 以下，升溫速率為100 ℃/min，燒結(jié)壓力為45 MPa，保溫保壓為10 min，燒結(jié)溫度為800 ℃。

1.3 表征及性能測試

利用X 射線單晶衍射儀（德國，SMART APEX）對復(fù)合材料進(jìn)行物相分析；利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡（美國，F(xiàn)EIMLA650F）觀察復(fù)合粉末的微觀形貌和復(fù)合材料的顯微組織；采用能譜儀（EDS）分析復(fù)合材料的界面結(jié)合區(qū)域元素種類及成分變化；采用阿基米德排水法測量復(fù)合材料的密度， 從而計(jì)算相對密度；采用維氏硬度計(jì)（HVS-5）測量復(fù)合材料的硬度（測試載荷為1.961 N，保壓時(shí)間為10 s，測量7 次，取平均值）；采用高速往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)（MFT-R4000）測量復(fù)合材料的摩擦系數(shù)（載荷5 N 和10 N，頻率為5 Hz，磨痕長度5 mm，摩擦?xí)r間為20 min）。

2 結(jié)果與討論

2.1 復(fù)合粉末分析

圖2 所示為鎳摻雜球磨后復(fù)合粉末的微觀形貌以及EDS 能譜圖。 由圖2（a）可知，經(jīng)過行星球磨后大部分復(fù)合粉末呈現(xiàn)扁平狀，少部分復(fù)合粉末保持粒狀，石墨仍以其層片狀的形狀存在。 對復(fù)合粉體進(jìn)行能譜分析結(jié)果可以看出銅元素和鎳元素能譜相互交疊，說明在銅基粉體上分布有鎳元素。 這可能是由于經(jīng)過磨球與磨球或磨球與罐壁的激烈碰撞作用，金屬粉體發(fā)生較大的塑性變形，銅鎳發(fā)生焊合或合金化形成Cu-Ni 固溶體[22]。 為進(jìn)一步分析石墨表面微觀形貌，對圖2（a）標(biāo)注處進(jìn)行放大（圖2（b）），發(fā)現(xiàn)片層石墨表面上有白色物質(zhì)（圖2（b）標(biāo)注處），經(jīng)過能譜分析這些白色物質(zhì)包含有銅鎳。這說明在球磨過程中部分銅鎳粉體破碎細(xì)化并黏附在石墨表面，在反復(fù)球磨過程中，與石墨緊密結(jié)合。

圖2 鎳含量3.0%復(fù)合粉末球磨后的微觀形貌Fig. 2 Micromorphology and energy spectrum analysis of 3.0% nickel composite powder after ball milling

球磨過后鎳的存在狀態(tài)有3 種。第1 種是以游離單質(zhì)鎳的形式存在，此狀態(tài)下的鎳顆粒部分彌散分布基體中；第2 種是鎳附著在石墨表面，此狀態(tài)下的鎳存在形式類似石墨表面鍍鎳；第3 種是鎳顆粒經(jīng)過球磨作用與銅粉焊合在一起，以此形式附著在銅粉上，經(jīng)過對球磨后復(fù)合粉體的微觀形貌能譜分析和文獻(xiàn)[22]介紹，發(fā)現(xiàn)鎳的該存在形式居多。高溫下鎳與石墨的潤濕性能大于銅與石墨，鎳黏附在石墨和銅粉表面這兩種粉體的存在狀態(tài)，都可能使得在后續(xù)加壓燒結(jié)過程中鎳與石墨直接接觸， 改善石墨與銅之間的潤濕性，增強(qiáng)界面結(jié)合。

2.2 燒結(jié)復(fù)合材料樣品形貌分析

圖3 所示為不同鎳摻雜含量石墨-銅復(fù)合材料燒結(jié)后樣品低倍表面形貌。 由圖3 可知，當(dāng)鎳摻雜含量為3.0%和5.0%時(shí)， 尺寸較大的石墨數(shù)量相對更多，說明石墨發(fā)生微小團(tuán)聚數(shù)量多；隨著鎳含量的增加，尺寸較大的石墨數(shù)量減少，石墨發(fā)生微小團(tuán)聚數(shù)量減小，分布更加均勻。這主要有以下幾方面原因，一方面復(fù)合粉末在行星球磨過程中，不斷受到磨球與磨球、磨球與筒壁的碰撞和擠壓，使復(fù)合粉末發(fā)生碾壓和塑性變形，部分銅鎳粉體發(fā)生強(qiáng)制性焊合，在較大塑性變形力的驅(qū)使下形成部分銅鎳合金粉末。在后續(xù)的加壓燒結(jié)過程中，較軟銅先發(fā)生變形，而位于其周圍的銅鎳復(fù)合顆粒由于硬度較大， 不易發(fā)生變形，兩種粉末不易協(xié)同變形，在壓制壓力作用下必然發(fā)生相對滑動，產(chǎn)生剪切力，部分石墨被剪切細(xì)化，鎳含量越多越有利于銅鎳合金粉末的形成，對石墨的剪切細(xì)化越明顯；同時(shí)這些硬質(zhì)顆粒也起到釘扎的作用，不易使石墨滑移團(tuán)聚到一起。另一方面在高溫下鎳與石墨的潤濕性能大于銅與石墨，在加壓燒結(jié)過程中黏附在石墨表面的鎳（如圖2（b）），有助于形成良好的界面結(jié)合，降低了石墨團(tuán)聚的可能性[23-24]。

圖3 不同鎳摻雜含量對應(yīng)的石墨-銅復(fù)合材料200倍形貌Fig. 3200 times magnification morphology of graphite-copper composites corresponding to different nickel doping contents

圖4 所示為不同鎳摻雜含量石墨-銅復(fù)合材料高倍顯微形貌圖。 由圖4 可知，未摻雜鎳的石墨-銅復(fù)合材料在石墨與銅的界面結(jié)合區(qū)域發(fā)現(xiàn)明顯孔洞如圖4（a）；而摻雜鎳的復(fù)合材料石墨與基體結(jié)合緊密，界面結(jié)合處并未發(fā)現(xiàn)明顯孔洞如圖4（b）和圖4（c）。對圖4（b）和圖4（c）石墨處進(jìn)行能譜分析發(fā)現(xiàn)，石墨表面成分以銅基為主，同時(shí)包含有少量的鎳元素，碳元素強(qiáng)度相對偏低，說明石墨與銅界面結(jié)合較好。 這是因?yàn)槭c銅不潤濕，在高溫下銅塑性增大，具有一定的流動性，而石墨是一種多孔材料，在壓制壓力下，銅會填充石墨的孔隙；鎳與石墨的潤濕性大于銅與石墨， 分布在石墨與銅基體之間的鎳元素，與石墨相互擴(kuò)散[25]，使石墨與基體之間的界面結(jié)構(gòu)由石墨/銅變?yōu)槭?鎳/銅，潤濕性得到改善，使得界面結(jié)合強(qiáng)度提高。 從圖4（b）中發(fā)現(xiàn)晶界處存在不少孔洞，這些孔洞主要由兩部分組成，一部分為石墨在機(jī)械拋光和腐蝕作用下脫落形成，另一部分為未與銅基互溶彌散分布在晶界的鎳顆粒，通過腐蝕液的侵蝕作用，脫離基體形成凹坑。

當(dāng)鎳含量（指質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同）為7.0%時(shí)局部發(fā)現(xiàn)有顆粒聚集物如圖4（d），表面存在孔隙，鎳摻雜含量為9.0 %（指質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)局部發(fā)現(xiàn)有顆粒團(tuán)聚物，呈現(xiàn)散落顆粒狀。分別對幾處顆粒聚集物進(jìn)行能譜分析，發(fā)現(xiàn)圖4（d）團(tuán)聚處為鎳，圖4（e）顆粒聚集處鎳氧含量偏高，為明顯的鎳偏聚，其對應(yīng)的能譜分析見表1。 顆粒聚集處氧含量偏高可能是由于制樣過程中，偏聚鎳顆粒裸露氧化造成。 鎳偏聚處存在孔隙或呈現(xiàn)顆粒狀是因?yàn)殒嚨娜埸c(diǎn)為1453 ℃，遠(yuǎn)高于銅熔點(diǎn)1083 ℃，所以在SPS 800 ℃燒結(jié)條件下，很難使偏聚的鎳充分燒結(jié)，使得偏聚部分存在孔隙或完全呈現(xiàn)顆粒狀，對復(fù)合材料的致密化及其組織和性能造成一定的影響。同時(shí)這也表明，現(xiàn)有的工藝條件下，隨著鎳含量的增加，鎳偏聚現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，當(dāng)鎳含量為9.0%時(shí)，部分偏聚的鎳呈顆粒態(tài)存在。

圖4 不同鎳含量石墨-銅復(fù)合材料高倍顯微形貌和EDS 像Fig. 4 High magnification micrographs and EDS diagrams of graphite-copper composites with different nickel contents

表1 圖4（e）對應(yīng)能譜的元素分布Table 1 Figure 4（e） element distribution of the energy spectrum單位：質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%

2.3 燒結(jié)樣品XRD 衍射圖譜

圖5 不同鎳摻雜含量石墨-銅復(fù)合材料XRD 衍射圖譜Fig. 5 XRD patterns of graphite-copper composites with different nickel doping contents

圖5 所示為不同鎳摻雜含量石墨-銅復(fù)合材料的X-ray 衍射圖譜。 由圖5 可知，復(fù)合材料分別在衍射角為43.3 °、50.4 °，74.2 °位置出現(xiàn)了衍射峰，其對應(yīng)的晶面指數(shù)（111）、（200）、（220），對比標(biāo)準(zhǔn)卡片發(fā)現(xiàn)這幾處峰為銅相、鎳相和銅鎳α 固溶體。 經(jīng)過jade軟件處理得到不同鎳摻雜含量對應(yīng)石墨-銅復(fù)合材料在晶面指數(shù)（111）處峰的半高寬列于圖5 中。 隨著鎳摻雜含量的增加，晶面指數(shù)（111）衍射峰的半高寬逐漸增大，且衍射峰強(qiáng)度略微弱化。 衍射峰寬化反映了銅晶粒尺寸發(fā)生細(xì)化，衍射峰強(qiáng)度弱化反映了晶格缺陷增加。 這是因?yàn)樵谛行乔蚰ミ^程中，塑性較好的銅粉和鎳粉不斷受到磨球的碰撞和擠壓，誘發(fā)銅粉發(fā)生晶格畸變，同時(shí)產(chǎn)生大量位錯，形成小的位錯胞，導(dǎo)致衍射峰弱化； 隨鎳含量的增加石墨團(tuán)聚數(shù)量變小，鎳彌散分布數(shù)量增多，阻礙了晶粒長大，衍射峰寬化。同時(shí)在衍射角為26.5°附近出現(xiàn)碳相（002）衍射峰，且隨著鎳含量的增加，衍射峰強(qiáng)度不斷減弱。 這是因?yàn)殡S著鎳含量的添加，石墨團(tuán)聚數(shù)量少，表面被鎳銅所包覆的石墨數(shù)量增多（圖4（b）、圖4（c）所示），界面結(jié)合也更為緊密。

2.4 相對密度

圖6 所示為不同鎳摻雜含量對應(yīng)的石墨-銅復(fù)合材料的相對密度關(guān)系圖。 由圖6 可知，隨著鎳含量的增加，復(fù)合材料相對密度不斷增加，鎳摻雜含量從7.0%升高至9.0%時(shí)，其相對密度增幅最緩。這是因?yàn)槲刺砑渔嚂r(shí)，銅基體與石墨之間潤濕性較差，在SPS燒結(jié)過程中銅基體與石墨之間界面存在些許孔洞如圖4（a），界面結(jié)合不緊密，造成復(fù)合材料的相對密度較低；而添加鎳可以通過鎳粉顆粒黏附在石墨或銅基體表面， 在SPS 燒結(jié)過程中改善了銅與石墨之間的界面結(jié)合狀況，降低界面結(jié)合處的孔隙，從而提高了復(fù)合材料相對密度。鎳摻雜含量為7.0%時(shí)，開始出現(xiàn)塊狀鎳偏聚現(xiàn)象如圖4（d），但相對密度仍得到很大的提高，隨著鎳摻雜含量的進(jìn)一步增加，復(fù)合材料出現(xiàn)明顯鎳顆粒偏聚且數(shù)量也增多如圖4（e）中能譜對應(yīng)的1、4、5 處，阻礙了燒結(jié)致密度進(jìn)程，使復(fù)合材料相對密度增幅變緩。這同時(shí)也能從側(cè)面反映鎳摻雜對石墨與銅界面結(jié)合的改善， 即使出現(xiàn)鎳偏聚的情況，相對密度仍能得到提升。

圖6 不同鎳摻雜含量對應(yīng)石墨-銅復(fù)合材料相對密度關(guān)系Fig. 6 Relative density of graphite-copper composites with different nickel doping contents

2.5 硬度

圖7 所示為不同鎳摻雜含量對應(yīng)的石墨-銅復(fù)合材料維氏硬度。 同相對密度相似，復(fù)合材料維氏硬度也是隨著鎳摻雜含量的增加而增加，鎳摻雜含量為7.0%時(shí)，硬度增幅最大。 硬度升高的原因一方面是因?yàn)殒嚺c石墨在高溫下的潤濕性較銅與石墨好，隨著鎳含量的增加，復(fù)合材料的界面結(jié)合力提高，相對密度增加，孔隙率減少，維氏硬度提高。 另一方面鎳的添加，在燒結(jié)過程中一部分會與銅形成α 固溶體，起到固溶強(qiáng)化的作用，一部分以單質(zhì)鎳的形式彌散于基體中，起到彌散強(qiáng)化的作用，同時(shí)彌散分布的鎳顆粒還能有效地抑制晶粒增長，細(xì)化晶粒，從而提高復(fù)合材料硬度。當(dāng)鎳摻雜含量小于7.0%時(shí)，鎳顆粒彌散強(qiáng)化作用相對較弱，石墨團(tuán)聚數(shù)量多，細(xì)化晶粒作用小，硬度增幅較小。鎳摻雜含量為7.0%時(shí)，石墨團(tuán)聚數(shù)量進(jìn)一步減少，相對密度增幅大，彌散分布的鎳單質(zhì)顆粒相對較多，細(xì)晶強(qiáng)化和彌散強(qiáng)化作用增強(qiáng)，硬度增幅最大。鎳摻雜含量大于7.0%時(shí)，顆粒狀的鎳偏聚對復(fù)合材料的致密化起到阻礙作用，使復(fù)合材料相對密度增幅變緩，引起硬度增幅減緩。

圖7 不同鎳摻雜含量對應(yīng)石墨-銅復(fù)合材料維氏硬度Fig. 7 Vickers hardness of graphite-copper composites with different nickel doping contents

2.6 摩擦磨損

分別對燒結(jié)好的樣品進(jìn)行載荷5 N 和10 N 的摩擦磨損測試，得到不同鎳摻雜含量對應(yīng)石墨-銅復(fù)合材料摩擦系數(shù)如圖8。 由圖8 可知，隨著鎳摻雜含量的增加，摩擦系數(shù)先減小后增大，在5 N 載荷下，鎳摻雜含量從3.0%增至9.0%時(shí)，復(fù)合材料的摩擦系數(shù)由0.055 升高至0.16，未摻雜鎳的復(fù)合材料摩擦系數(shù)較鎳摻雜含量3.0%~7.0%時(shí)高， 鎳摻雜含量大于7.0%時(shí)，摩擦系數(shù)增幅較大。 這是因?yàn)樵趯︽嚀诫s石墨-銅復(fù)合材料摩擦系數(shù)影響的相關(guān)程度上，相對密度占據(jù)主導(dǎo)地位，其次是硬度，增大相對密度和硬度會使摩擦系數(shù)降低[26]。 未摻雜鎳的石墨-銅復(fù)合材料相對密度和硬度相對較低，磨損表面質(zhì)量差，與對偶材料發(fā)生黏著作用，使得摩擦系數(shù)較大。 鎳的摻雜使復(fù)合材料的相對密度和硬度增加，提高了復(fù)合材料的抗變形能力，塑性變形減小，降低了犁削作用，使得鎳摻雜含量3.0%~7.0%摩擦系數(shù)低于未摻雜鎳的石墨-銅復(fù)合材料。但隨著鎳含量的進(jìn)一步增加磨損表面脫層現(xiàn)象加劇， 使摩擦過程形成的石墨潤滑膜剝落，增大了摩擦阻力，同時(shí)團(tuán)聚的鎳顆粒在摩擦過程中也易散落出來，鎳硬度大于銅，脫落的鎳顆粒暴露于磨損表面，阻礙了相對滑動，增大了摩擦系數(shù)[6]。 由圖8 中也可以看出隨著載荷的增加，摩擦系數(shù)增大。 這是由于載荷增大，使得對偶材料的切削作用力增大，復(fù)合材料的塑性變形增大，提高了復(fù)合材料的摩擦系數(shù)。

圖8 不同鎳摻雜含量石墨-銅復(fù)合材料在不同載荷的摩擦系數(shù)Fig. 8 Friction coefficients of graphite-copper composites with different nickel doping contents under different loads

圖9 載荷10 N 的磨痕形貌Fig. 9 Wear scar morphology at 10 N load

圖9 所示為外加載荷10 N 時(shí)不同鎳含量的石墨-銅復(fù)合材料磨損表面的SEM 形貌。 由圖9 可知，鎳摻雜含量為0、3.0%和5.0%時(shí)，磨損表面可以觀察到大量的犁溝、脫層、塑性變形和黏著坑（如圖9（a）~圖9（c）），這表明試樣的磨損機(jī)制為磨粒磨損、分層和黏著磨損。 隨著鎳含量的增加，試樣的磨損表面變得更加光滑，犁溝逐漸變淺。 鎳含量為7.0%和9.0%時(shí)只發(fā)現(xiàn)有很淺的溝槽、脫層、裂紋，這說明鎳含量的增加抑制了復(fù)合材料的塑性變形和黏著磨損，因此樣品的磨損機(jī)制變?yōu)槊搶印?疲勞磨損和輕微的磨粒磨損。 這是因?yàn)殒嚭枯^少時(shí)樣品本身的硬度低，摩擦過程中容易產(chǎn)生更多的磨屑，導(dǎo)致摩擦磨損環(huán)境的惡化，一些磨屑顆粒分布在磨損表面，當(dāng)表面在法向力的作用下相互接觸時(shí)，顆粒起犁削作用產(chǎn)生犁溝和塑性變形[3]。隨著鎳含量的增加，樣品硬度增加，石墨越細(xì)小，彌散分布越均均，磨損表面石墨膜更致密，使犁溝變淺。 通過對9.0%Ni 磨痕的形貌放大圖9（f），發(fā)現(xiàn)有脫落磨屑的重焊和很淺的溝痕， 并且溝痕不連續(xù)，說明往復(fù)摩擦過程中脫落的磨屑發(fā)生重焊，部分磨屑填充了摩擦產(chǎn)生的溝痕，使摩擦表面光滑。

3 結(jié) 論

1）隨著鎳含量的增加復(fù)合材料的石墨團(tuán)聚數(shù)量越小，分布越均勻，鎳含量為9%時(shí)出現(xiàn)明顯的鎳偏聚。摻雜鎳的石墨-銅復(fù)合材料界面結(jié)合更好，界面處孔隙降低。

2）復(fù)合材料的相對密度和顯微硬度隨鎳含量的增加而增大，摩擦系數(shù)先降低后增高，隨載荷的增大，摩擦系數(shù)增大，不含Ni 時(shí)，摩擦系數(shù)增幅最大。

3）鎳的加入抑制了磨損表面的塑性變形，隨著鎳含量的增大，磨損表面越來越光滑，磨損形式從磨粒磨損為主變?yōu)榉謱幽p主導(dǎo)，出現(xiàn)磨屑重焊現(xiàn)象。

4）當(dāng)鎳摻雜含量為7.0%時(shí)，石墨-銅復(fù)合材料綜合性能較好。