樹脂包覆石墨含量對銅基復(fù)合材料組織和性能的影響

孫振，許永祥, ，朱佳敏，張芊芊，方舟，陳旭斌，方華嬋，朱夢真

(1. 中南大學(xué) 粉末冶金國家重點實驗室，長沙 410083；2. 中車戚墅堰機車車輛工藝研究所有限公司，常州 213011)

石墨/銅復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、力學(xué)和摩擦性能，被廣泛應(yīng)用在導(dǎo)電、導(dǎo)熱、摩擦和電刷材料領(lǐng)域[1-4]。由于銅與石墨不互溶且密度差異極大，通過常規(guī)鑄造法很難獲得均勻的組織，目前多以粉末冶金法制備，即以銅作為基體組元，通過調(diào)控摩擦組元和潤滑組元的成分和含量來獲得所需的摩擦磨損性能。摩擦組元通過增加摩擦過程中的阻力來提高材料的耐磨性能，主要包括W、Fe、SiO2、SiC 和Al2O3等。于瀟等[5]發(fā)現(xiàn)相比于Al2O3和SiC，銅基體中加入適量SiO2后，摩擦因數(shù)減小，但長時間工作后，基體會由于摩擦熱作用發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致材料使用壽命降低。潤滑組元是改善材料摩擦性能的關(guān)鍵，石墨作為優(yōu)質(zhì)固體潤滑劑，是潤滑組元的不二選擇，但石墨結(jié)構(gòu)強度較低，限制了其在銅基復(fù)合材料中的應(yīng)用與發(fā)展[6-9]。

目前，研究者主要通過優(yōu)化石墨的種類、含量、粒徑等提高石墨/銅復(fù)合材料的性能[10-15]。ZHANG等[10]采用粒狀石墨部分替代片狀石墨，發(fā)現(xiàn)當(dāng)兩者的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%時，材料的摩擦性能最佳。陳如詩等[11]發(fā)現(xiàn)大粒徑粒狀石墨的加入有利于材料電導(dǎo)率和強度的提高。秦笑等[12]發(fā)現(xiàn)以鍍銅石墨替代傳統(tǒng)石墨，可提高材料的燒結(jié)致密度和硬度。雖然高含量的石墨能形成連續(xù)的潤滑膜，顯著改善材料的耐磨性，但低結(jié)構(gòu)強度的石墨受力時變形，與基體嚴(yán)重割裂，導(dǎo)致材料強度和導(dǎo)電性驟降，而且聚集分布的石墨會誘發(fā)異常斷裂，這都成為了石墨/銅復(fù)合材料應(yīng)用時的致命問題。因此，兼具高強度和耐磨性的新型石墨/銅復(fù)合材料的研發(fā)，不僅要加強石墨的結(jié)構(gòu)強度，還需要調(diào)控石墨的含量與其在基體中的分布。課題組前期研究發(fā)現(xiàn)[16]，直接將表面未處理的天然鱗片石墨與銅粉混合、壓制燒結(jié)，石墨團聚且變形嚴(yán)重，銅基體被聚集的石墨隔離，無法形成連續(xù)的網(wǎng)狀通道。而對石墨表面進行酚醛樹脂包覆處理后，不僅可以有效保護石墨在復(fù)合材料制備過程中的結(jié)構(gòu)完整性，而且石墨表面的樹脂層在燒結(jié)過程中分解的還原性氣體還可還原銅顆粒表面的氧化層，進而促進銅的擴散燒結(jié)，有利于銅基體的燒結(jié)致密化。在此基礎(chǔ)上，本文進一步研究樹脂包覆石墨的加入量對銅基復(fù)合材料顯微組織、密度、硬度、力學(xué)性能和摩擦性能的影響規(guī)律，以期制備出性能優(yōu)異的石墨/銅復(fù)合材料，為樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的應(yīng)用提供一定的實驗依據(jù)。

1 實驗

1.1 材料制備

以電解銅粉(北京興榮源科技有限公司提供，平均粒徑為75 μm)、天然鱗片石墨粉(富潤達石墨有限公司提供，粒徑為50～200 μm)、二氧化硅粉(深圳市海揚粉體科技有限公司提供，平均粒徑為100 μm)、酚醛樹脂粉末(伯馬風(fēng)帆實業(yè)有限公司提供，質(zhì)量分?jǐn)?shù)＞99%)為原料。

首先稱取質(zhì)量比為4∶1 的石墨粉與酚醛樹脂粉，將酚醛樹脂粉倒入燒杯，并加入適量酒精使其完全溶解形成飽和樹脂酒精溶液，接著邊攪拌邊加入石墨粉，并在80 ℃水浴恒溫箱中持續(xù)攪拌3.5 h，使石墨均勻分散于樹脂酒精溶液中，再將混合溶液放入85 ℃烘箱中干燥24 h。最后將干燥固化的混合塊研磨破碎并用篩子過篩，得到粒徑約為40 μm的樹脂包覆石墨粉。

采用粉末冶金加壓燒結(jié)法制備樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料，表1 所列為復(fù)合材料的原料配比。先按表1 稱取原料粉末，再用VH-14V 型混料機對粉末進行混合，轉(zhuǎn)速45 r/min，混料時間8 h。隨后采用HJS32-315 型四柱液壓機將混合料壓制成直徑和長度分別為30 mm 和15 mm 的圓柱形壓坯，壓制壓力400 MPa，保壓時間15 s。最后采用Z1250 型鐘罩式加壓燒結(jié)爐對壓坯進行加壓燒結(jié)，采用氫氣氣氛進行保護，升溫速率為10 ℃/min，由室溫升至180 ℃，保溫0.5 h 后再升溫至900 ℃保溫2 h，升溫階段壓力為0.12 MPa，保溫階段壓力為0.60 MPa，燒結(jié)結(jié)束后在0.21 MPa 壓力下爐冷至室溫，得到樹脂包覆石墨質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為2%、6%、10%和16%的石墨/銅復(fù)合材料，分別記為2RG/Cu、6RG/Cu、10RG/Cu、16RG/Cu。

表1 樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的成分Table 1 Composition of resin-coated graphite/copper composites (mass fraction, %)

1.2 組織表征與性能測試

采用Quanta FEG 230 型掃描電鏡對樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的顯微組織、剪切斷口、摩擦面和磨屑形貌進行觀察，結(jié)合配備的Finder100 型能譜儀進行成分檢測。采用Archimedes 排水法測試材料的表觀密度(實際密度)和孔隙率，所用電子天平的精度為0.1 mg。

式中：ρ為試樣的表觀密度，g/cm3；ρw為水的密度，g/m3；θ為試樣的孔隙率，%；m1、m2和m3分別為試樣的干重、濕重和浮重，g。

采用D60K 型數(shù)字金屬電導(dǎo)率測量儀測試石墨/銅復(fù)合材料壓制面的電導(dǎo)率，每個樣品選不同區(qū)域測5 個數(shù)據(jù)取平均值。采用BUEHLER5104 型顯微硬度計測試材料壓制面的維氏硬度，載荷0.098～0.490 N，保壓15 s，每個樣品測5 次取平均值。采用Instron3369 型力學(xué)實驗機測試材料的抗彎強度和剪切強度，彎曲和剪切實驗的試樣尺寸分別為30mm×8 mm×4 mm 和8 mm×8 mm×10 mm，加載方向垂直于壓制面，加載速率為2 mm/min。

采用MMD-3000 型多功能銷盤式摩擦磨損實驗機測試石墨/銅復(fù)合材料的室溫摩擦磨損性能。首先將材料加工成直徑和長度分別為4.8 mm 和12 mm 的柱狀銷，選取直徑和長度分別為44 mm 和10 mm、牌號為30CrMnSiVA、硬度(HRC)為17 的合金鋼作為對偶件。為保證摩擦數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和有效性，實驗前對銷和對磨盤進行預(yù)磨，保證銷與對偶件的接觸面積在80%以上。實驗載荷為10 N，轉(zhuǎn)速200 r/min，試樣摩擦面平行于壓制面，室溫下連續(xù)摩擦10 h。采用精度為0.1 mg 的BS210S 型電子分析天平稱量銷試樣摩擦前后的質(zhì)量，計算質(zhì)量磨損量。摩擦力經(jīng)由扭矩傳感器輸出至計算機中，按照式(3)計算摩擦因數(shù)。

式中：μ為摩擦因數(shù)；T為摩擦力矩，N?m；F為銷上所加垂直載荷，N；r為試樣平均摩擦半徑，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 顯微組織

圖1 所示為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的SEM 照片。結(jié)合能譜分析可知，亮色區(qū)域為基體銅，黑色區(qū)域為石墨，深灰色區(qū)域為SiO2顆粒。由圖可知，當(dāng)w(RG)為2%時，石墨在銅基體中呈離散分布，銅基體連續(xù)性好，材料的孔隙較少(見圖1(a)、(b))。w(RG)為6%、10%時，部分石墨呈扁平條帶狀聚集分布，銅基體被隔離成不連續(xù)區(qū)域，連續(xù)性降低(見圖1(c)～(f))。w(RG)為16%時，石墨聚集程度更高，銅顆粒邊界明顯，說明銅顆粒間未產(chǎn)生明顯的燒結(jié)，部分仍維持顆粒狀(見圖1(g)、(h))，同時細小石墨相的數(shù)量也增多，說明高含量的樹脂包覆石墨不僅不利于銅顆粒間的燒結(jié)，還會大幅降低銅基體的連續(xù)性，導(dǎo)致材料的力學(xué)性能變差。石墨在銅基體中的分布由扁平狀向團聚狀轉(zhuǎn)變，可能與擇優(yōu)取向有關(guān)。石墨軟質(zhì)相會在壓制壓力作用下發(fā)生明顯的擇優(yōu)取向，大致垂直于壓制方向發(fā)生變形，平行于壓制方向分布。當(dāng)石墨含量較低時，應(yīng)力狀態(tài)干擾較少，這種平行分布更為明顯，隨石墨含量增加，受力偏轉(zhuǎn)的石墨之間相互影響，擇優(yōu)取向性變差，部分石墨顆粒聯(lián)結(jié)，導(dǎo)致基體中的石墨偏聚。隨石墨含量增加，銅顆粒間出現(xiàn)了明顯的不致密燒結(jié)現(xiàn)象，這可能是由于過量的石墨附著在銅顆粒表面，阻止了銅顆粒的燒結(jié)擴散。

圖1 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的SEM 形貌Fig.1 SEM morphologies of four kinds of resin-coated graphite/copper composites

2.2 物理和力學(xué)性能

表2 所列為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的密度和孔隙率。由表可知，隨樹脂包覆石墨含量增加，復(fù)合材料的理論、實際和相對密度降低，孔隙率明顯提高。當(dāng)w(RG)由2%增加至16%時，復(fù)合材料的實際密度由8.17 g/cm3降低至5.24 g/cm3，降幅達35.9%；相對密度由99.2%降低至89.6%，降幅達9.7%；孔隙率由 0.2%增加至 4.6%，增幅高達2 200%。石墨的密度為2.15 g/cm3，遠低于銅的密度(8.96 g/cm3)，因此隨石墨含量增加，材料的整體密度降低。壓制過程中，石墨與銅依靠機械嚙合力連接，燒結(jié)過程中，兩者并不發(fā)生反應(yīng)，且兩者的潤濕性極差，因此燒結(jié)后的C/Cu 界面存在孔隙[17]。隨石墨含量增加，C/Cu 界面數(shù)量增加，且石墨顆粒間接觸的幾率增大，形成“架橋效應(yīng)”，銅顆粒難以及時填充與石墨間的空隙，不利于銅顆粒的燒結(jié)致密化，導(dǎo)致材料的孔隙率提高。

表2 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的密度和孔隙率Table 2 Density and porosity of four kinds of resin-coated graphite/copper composites

表3 所列為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的電導(dǎo)率、硬度、抗彎強度和剪切強度。由表可知，復(fù)合材料的電導(dǎo)率、硬度、抗彎強度和剪切強度均隨樹脂包覆石墨含量的增加而降低，當(dāng)w(RG)由2%增加至16%時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率由48.4 MS/m 降低至9.2 MS/m，降幅達81.0%；顯微硬度(HV)由59.8 降低至37.2，降幅達37.8%；抗彎強度由309.3MPa 降低至90.8 MPa，降幅達70.6%；剪切強度由83.2 MPa 降低至20.4 MPa，降幅達75.5%。材料導(dǎo)電性能的惡化與銅顆粒的燒結(jié)不致密和銅基體的連續(xù)性變差，以及低電導(dǎo)率的石墨數(shù)量增多相關(guān)。隨樹脂包覆石墨含量增加，石墨的聚集分布明顯增多，加之樹脂層與銅之間不潤濕，以及石墨粉對銅粉顆粒燒結(jié)的阻礙作用，使得復(fù)合材料相對密度降低，孔隙增多，銅基體不連續(xù)，從而導(dǎo)致導(dǎo)電性差。此外，銅的電導(dǎo)率(57.1 MS/m)遠高于石墨的電導(dǎo)率(0.076 9～0.125 0 MS/m)，低電導(dǎo)率的石墨含量越多，復(fù)合材料的導(dǎo)電性越差。而復(fù)合材料硬度和強度的降低不僅與銅基體不連續(xù)相關(guān)，還與石墨的本征特性和含量相關(guān)。由于石墨為軟質(zhì)相，無法承受力的作用，其強度遠低于銅，在銅基復(fù)合材料中可視為缺陷，即使通過樹脂包覆在其表面形成了非晶硬質(zhì)碳殼層，受到較小外力時，能起到一定的抗變形作用，但該殼層厚度有限，受到較大外力作用時，仍會產(chǎn)生明顯變形。而且石墨含量越高，硬度計觸頭接觸試樣時更容易打到石墨，導(dǎo)致所測硬度數(shù)值低，因此石墨含量的增加明顯降低了復(fù)合材料的硬度。

表3 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的電導(dǎo)率、硬度、抗彎強度和剪切強度Table 3 Conductivity, hardness, bending strength, and shear strength of four kinds of resin-coated graphite/copper composites

圖2 所示為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的剪切斷口形貌。w(RG)為2%時，由于石墨含量低且銅在基體中呈連續(xù)分布，斷裂時銅基體承載，呈現(xiàn)金屬的延展變形特征，而石墨受到銅的保護，對外加載荷不敏感，加之低的石墨含量，剪切斷口裸露的石墨較少，復(fù)合材料斷裂方式主要為銅基體的韌性斷裂(見圖2(a)、(b))，說明樹脂包覆石墨含量低的銅基復(fù)合材料塑性較好。w(RG)為6%時，材料的斷裂形式雖然仍以銅的韌性斷裂為主，但裸露的石墨比例提高，銅所占的面積分?jǐn)?shù)減小(見圖2(c)、(d))。當(dāng)w(RG)為10%、16%時，斷口處富集大量的石墨，局部石墨出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，且石墨明顯撕裂(見圖2(e)～(h))，說明高含量石墨導(dǎo)致銅基體的連續(xù)性明顯降低，甚至出現(xiàn)了部分區(qū)域銅顆粒未燒結(jié)的現(xiàn)象，加之石墨聚集，導(dǎo)致材料中孔隙增多，石墨/銅弱界面成為斷裂的裂紋源。當(dāng)外力作用時，高含量的石墨相承載，在其片層方向受到剪切應(yīng)力作用，與銅基體發(fā)生明顯的剝離及斷裂，且剪切斷裂沿著石墨及石墨/銅弱界面起源并擴展，裂紋不斷聯(lián)結(jié)，最終導(dǎo)致斷裂。說明不斷增多的石墨嚴(yán)重降低了基體的連續(xù)性，使材料斷裂形式由韌性斷裂逐漸向脆性斷裂轉(zhuǎn)變，對應(yīng)于表3 中石墨/銅復(fù)合材料強度的降低。

圖2 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的剪切斷口SEM 形貌Fig.2 Shear fracture SEM morphologies of four kinds of resin-coated graphite/copper composites

2.3 摩擦磨損性能

2.3.1 摩擦因數(shù)和磨損量

圖3(a)和(b)所示為4種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的摩擦因數(shù)曲線。由圖可知，2RG/Cu、6RG/Cu、10RG/Cu 和16RG/ Cu 材料的摩擦因數(shù)分別為0.51、0.39、0.32 和0.23，摩擦因數(shù)的波動幅度Δy依次是0.074 9、0.058 2、0.047 4 和0.028 6。w(RG)為2 %時，材料的摩擦因數(shù)最高，摩擦穩(wěn)定階段摩擦因數(shù)波動幅度最大，總體摩擦穩(wěn)定性較差；當(dāng)w(RG)為6%和10%時，材料的摩擦因數(shù)有所降低，穩(wěn)定階段摩擦因數(shù)波動幅度減小，摩擦穩(wěn)定性改善。w(RG)為2%、6%和10%時，復(fù)合材料的摩擦因數(shù)曲線均先經(jīng)歷了波動階段，即在摩擦前期逐漸形成潤滑膜，而后進入平穩(wěn)階段，最后均進入上升階段。當(dāng)w(RG)為16%時，材料的摩擦因數(shù)整體較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)后期上升的情況，且摩擦因數(shù)及其波動幅度最小，摩擦性能相對較優(yōu)。綜上所述，隨樹脂包覆石墨含量增加，摩擦因數(shù)降低，摩擦穩(wěn)定性顯著提高，復(fù)合材料的摩擦性能明顯改善。

圖3 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的摩擦因數(shù)曲線和摩擦10 h 后的磨損量Fig.3 Friction coefficient curves (a)-(b) and mass loss (c) after friction 10 h of four kinds of resin-coated graphite/copper composites

圖3(c)所示為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料的磨損量。由圖可知，摩擦10 h 后，2RG/Cu、6RG/Cu、10RG/Cu 和16RG/Cu 材料的磨損量分別為41.1、35.6、17.5 和21.5 mg，表明隨樹脂包覆石墨含量增加，磨損量先減小后增大，這可能是由于石墨與銅的界面結(jié)合較弱，容易在外力作用下分離，當(dāng)石墨含量較低(w(RG)為2%)時，少量的石墨不足以形成連續(xù)的潤滑膜，復(fù)合材料對對磨盤的摩擦力較大，金屬間的黏著磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致摩擦因數(shù)較高，磨損量很大。w(RG)為6%和10%時，石墨潤滑膜覆蓋率變大，潤滑效果一定程度改善，從而減小了材料的磨損量。當(dāng)w(RG)為16%時，足量的石墨在摩擦面形成了連續(xù)的潤滑膜，并且伴隨著摩擦進行，內(nèi)部的石墨在摩擦產(chǎn)生的剪切力作用下不斷被擠出，有效阻礙了黏著磨損，使得摩擦因數(shù)大幅降低，但是高石墨含量導(dǎo)致材料的力學(xué)性能變差，存在更多石墨/銅弱界面，導(dǎo)致在摩擦過程中，伴隨著石墨的擠出，石墨/銅基體也同時發(fā)生破損、剝落，從而造成材料的磨損量較w(RG)為10%時增大。馬劉洋等[18]通過摩擦特性模擬統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)了類似的趨勢，即隨石墨含量增加，向摩擦面轉(zhuǎn)移的石墨顆粒數(shù)量增加，添加適量的石墨可以有效減小材料的磨損量，但石墨含量過多時，磨損量反而因強度降低而增大。

2.3.2 摩擦面形貌

圖4 所示為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后的表面形貌。由圖4(a)可知，當(dāng)w(RG) 為2%時，材料摩擦表面較為粗糙，存在較平的摩擦平臺和很多剝落坑，外觀呈現(xiàn)出不規(guī)則的島狀結(jié)構(gòu)，在剝落坑底部存在少量石墨(黑色區(qū)域)和大量顆粒狀磨屑(白色區(qū)域)，表現(xiàn)為剝層磨損和磨粒磨損。通過對摩擦平臺和剝落坑進行EDS 分析可知，摩擦表面w(C)為3%～5%、w(O)為17%～18%、w(Fe)為0.7%～0.8 %、w(Cu)為76%～80%。依附在摩擦平臺和剝落坑的石墨起到潤滑減摩的作用，部分摩擦表面平整光滑，局部區(qū)域有撕裂，少量鐵元素的存在表明銅基體和對磨盤之間存在黏著磨損，氧元素的存在則說明摩擦過程還伴隨氧化磨損。由圖4(b)、(c)可知，當(dāng)w(RG)為6%、10%時，材料的摩擦表面較為平坦，更多石墨裸露，石墨在摩擦面形成更完整的潤滑膜，材料的摩擦因數(shù)降低，摩擦穩(wěn)定性提高，但高含量的石墨極大地削弱了銅基體的力學(xué)性能，所以復(fù)合材料表面留下很多犁溝。由圖4(d)可知，當(dāng)w(RG)為16%時，材料的摩擦表面最為光滑平整，摩擦性能最好，梨溝最少。但放大觀察發(fā)現(xiàn)局部石墨剝落形成凹槽，且凹槽里富集大量磨屑，同時靠近石墨的銅基體在應(yīng)力的作用下也發(fā)生脫落，導(dǎo)致材料的磨損量增大。此時，摩擦表面w(Fe)降低至0.2%～0.3%，w(C)大幅提高至20%～24%，表明更多石墨形成完整的潤滑膜，包覆在復(fù)合材料摩擦表面，有效地減少復(fù)合材料和對磨盤間的黏著磨損，因而摩擦表面最為平滑。

圖4 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后的表面SEM 形貌Fig.4 Surfacial SEM morphologies of resin-coated graphite/copper composites after 10 h friction

圖5 所示為對磨盤經(jīng)4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后的表面形貌，箭頭所指為從復(fù)合材料轉(zhuǎn)移的石墨。由圖可知，樹脂包覆石墨含量越低，對磨盤黏著的石墨越少，對磨盤表面產(chǎn)生的劃痕越多且越深，表面粗糙度越高，表現(xiàn)為典型的黏著磨損。隨樹脂包覆石墨含量增加，對磨盤表面黏附的石墨增多，可以有效地減少黏著磨損，對磨盤表面產(chǎn)生的劃痕減少且變淺。

圖5 對磨盤經(jīng)4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后的表面SEM 形貌Fig.5 Surfacial SEM morphologies of discs after 10 h friction with four kinds of resin-coated graphite/copper composites

2.3.3 磨屑形貌

圖6 所示為4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后所形成磨屑的形貌。當(dāng)w(RG)為2%時，產(chǎn)生了部分顆粒尺寸較大的片狀磨屑，以及許多細碎的磨屑(見圖6(a))。隨樹脂包覆石墨含量增加，磨屑尺寸明顯減小，w(RG)為16%時，磨屑顆粒尺寸最小(見圖6(d))。磨屑數(shù)量和尺寸的差異與石墨含量，以及銅基體的連續(xù)性密切相關(guān)。石墨含量低時，銅基體連續(xù)，摩擦?xí)r連續(xù)的銅基體受到較大的摩擦切應(yīng)力，以及石墨的分割作用，優(yōu)先從石墨處和石墨/銅弱界面處發(fā)生塊狀剝落，且摩擦面含有的石墨相對較少，復(fù)合材料和對磨盤發(fā)生黏著磨損，因此剝落的銅屑尺寸較大。隨石墨含量增加，材料的自潤滑性能改善，且連續(xù)銅基體面積減小，受力剝落時形成的塊狀銅屑尺寸較小。

圖6 4 種樹脂包覆石墨/銅復(fù)合材料摩擦10 h 后磨屑的SEM 形貌Fig.6 SEM morphologies of wear debris of four kinds of resin-coated graphite/copper composites after 10 h friction

3 結(jié)論

1) 當(dāng)樹脂包覆石墨含量較少時，石墨在銅基體中分布相對均勻，銅基體連續(xù)性較好；隨含量增加，石墨呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，不利于石墨分布的均勻性和復(fù)合材料的燒結(jié)致密。

2) 隨樹脂包覆石墨含量增加，銅基復(fù)合材料的密度、電導(dǎo)率、硬度和剪切強度降低，孔隙率提高。

3)w(RG)為2%、6%和10%時，復(fù)合材料的摩擦曲線均經(jīng)歷了前期“波動”，中間趨于穩(wěn)定，最后出現(xiàn)“尾翹”，即摩擦因數(shù)上升。而當(dāng)w(RG)為16%時，復(fù)合材料摩擦性能最優(yōu)，具有最低的摩擦因數(shù)(0.23)，摩擦因數(shù)波動最小，磨損量較小，可作為理想的電刷材料。