超声场脉冲电铸制备铜—碳纤维粉复合材料及其性能研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaojia1118
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碳纤维粉是将碳纤维长丝经特殊表面处理、研磨后制得的高强度、耐摩擦、耐腐蚀材料,其形状细小,表面纯净,比表面积大,是性能优良的复合材料填料。本文在超声波与脉冲电流的条件下,采用复合电铸技术制备了铜-碳纤维粉复合材料,对其制备工艺与性能进行了探索与研究。进行了碳纤维粉表面改性研究。采用球磨工艺对碳纤维粉进行表面粗化,避免了强碱粗化对碳纤维粉结构的破坏和强度的弱化;以碳纤维粉接触角作为试验指标,研究了三种降低碳纤维粉表面张力的表面活性剂,选用125 mg/L的十二烷基硫酸钠作为试验添加剂。碳纤维粉在电铸液内运动情况受电铸液流场的影响较大,采用FLUENT对电铸液进行了流场仿真分析,并结合实验验证得出,当采用矩形电铸槽、电极相对电铸槽长边方向成75°夹角放置、搅拌速度为60 rad/s时,碳纤维粉在复合电铸层内的含量相对高,分布相对均匀。在电铸制备铜-碳纤维粉复合材料的试验中,重点研究分析了电铸液内碳纤维粉添加量(CA)、脉冲通电时间(Ton)、脉冲脉冲关断时间(Toff)、脉冲峰值电流密度(Ip)和超声功率(P)对复合电铸层的碳纤维粉含量(CLP)、微观形貌、显微硬度、耐磨性和导电性的影响,研究结果表明,工艺参数主要通过改变复合电铸层内碳纤维粉含量(CLP)进而影响复合电铸层各性能的;复合电铸层中的碳纤维粉能够细化复合电铸层组织,含量越高,材料平整度越低,孔隙率越大,组织致密性越低;CLP越高,复合电铸层的显微硬度越低;复合电铸层耐磨性能得到提升;复合电铸层保持较高的导电性能。采用正交实验优化试验参数。当Ton、Toff与Ip分别为200μs、400μs与30A/dm2,P为90 W,CA为15 g/L时,得到耐磨和导电性优良的复合电铸层,优化试验参数下的复合电铸层的摩擦系数为0.228,磨损量为0.0094 mm3,电阻率为0.0224 mΩ/mm,显微硬度为133.5 HV。
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