NbX2(X=Se,S)納米材料及其復(fù)合材料的制備、表征和摩擦學(xué)性能研究.pdf

1、近幾十年來研究發(fā)現(xiàn)，以MoS2為代表的過渡族金屬硫族化合物因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)，層內(nèi)以很強(qiáng)的共價(jià)鍵結(jié)合，層間以較弱的范德華力結(jié)合，造成層與層之間容易剪切滑移，使其具有十分優(yōu)良的摩擦學(xué)性能。其中NbX2(X=Se，S)具有與MoS2相似的結(jié)構(gòu)，而對(duì)于其摩擦特性人們研究較少。研究發(fā)現(xiàn)摻雜金屬原子或非金屬原子能使得NbX2(X=Se，S)具有均一的形貌和尺寸，從而使其具有更優(yōu)異的摩擦性能。
　　 本文利用固相合成法制各了NbSe2和Nb

2、S2納米材料及其對(duì)應(yīng)的W摻雜的Nb1-xWxSe2和Se摻雜的NbS2-xSex納米材料，并對(duì)其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了研究;并延伸對(duì)CuxNbSe2、NbSe2/CeNbO4納米復(fù)合材料的制備和其摩擦學(xué)性能進(jìn)行了初步研究探討。主要的研究工作和成果如下:
　　 (1)以單質(zhì)Nb粉和Se粉為反應(yīng)原料，摻雜一定比例的W粉，通過固相反應(yīng)合成了W摻雜的Nb1-xWxSe2納米材料。結(jié)果表明隨著W摻雜量的增加，Nb1-xWxSe2的形貌由規(guī)則的微

3、米六方片轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片和納米帶的混合，摻雜使衍射峰明顯寬化，峰強(qiáng)變?nèi)?，晶粒?xì)化。對(duì)Nb1-xWxSe2納米材料的生長(zhǎng)過程及影響因素進(jìn)行了探討，如W摻雜量、保溫溫度及保溫時(shí)間等反應(yīng)條件進(jìn)行了討論，結(jié)果證明摻雜3at.％的W在700℃下保溫1h能得到優(yōu)良的形貌和摩擦性能的納米材料。
　　 (2)以所合成的Nb1-xWxSe2為固體潤(rùn)滑相，Cu為基體，通過粉末冶金的方法制備出不同質(zhì)量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基復(fù)合材料。結(jié)果

4、表明隨著Nb1-xWxSe2添加量的增加，Nb1-xWxSe2/Cu基復(fù)合材料的電阻率緩慢升高，摩擦系數(shù)呈現(xiàn)不同規(guī)律變化。當(dāng)Nb1-xWxSe2中W摻雜量x=3％且Nb0.97W0.03Se2的添加質(zhì)量為5wt.％時(shí)，Nb0.97W0.03Se2/Cu基復(fù)合材料擁有最佳摩擦磨損性能，摩擦系數(shù)為0.17，磨痕平滑且淺。認(rèn)為這是由于Nb0.97W0.03Se2中同時(shí)均勻存在納米帶和納米片，納米片在復(fù)合材料中納米片起到潤(rùn)滑成膜的作用，納米帶起

5、到了增強(qiáng)增韌的作用，導(dǎo)致復(fù)合材料的力學(xué)性能和摩擦學(xué)性能同時(shí)提高。由于在Nb1-xWxSe2/Cu基復(fù)合材料中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)新相，考慮到可能NbSe2與Cu發(fā)生反應(yīng)，接下來制備表征了NbSe2與Cu的反應(yīng)產(chǎn)物CuxNbSe2，并研究了其摩擦性能。結(jié)果表明:Cu0.38NbSe2仍然為母體NbSe2六方結(jié)構(gòu)，但形貌尺寸變大并發(fā)生團(tuán)聚。由于Cu0.38NbSe2結(jié)構(gòu)與母體NbSe2接近，其性質(zhì)可能遺傳了其母體性質(zhì)，故其抗磨減摩機(jī)理可能與其母體NbS

6、e2相同，同時(shí)發(fā)現(xiàn)CuxNbSe2在低載荷時(shí)摩擦性能稍差，隨著載荷的增加摩擦性能越來越好，并對(duì)摩擦機(jī)理進(jìn)行了解釋。
　　 (3)采用一步法制備具有協(xié)同潤(rùn)滑效應(yīng)的NbSe2/CeNbO4納米復(fù)合材料。結(jié)果表明:NbSe2/CeNbO4納米復(fù)合材料中NbSe2為納米六方片，CeNbO4為納米小球，顆粒大小均勻。摩擦性能測(cè)試結(jié)果表明:NbSe2/CeNbO4具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能且要優(yōu)于純的NbSe2，并提出其摩擦機(jī)理:NbSe2/Ce

7、NbO4納米復(fù)合材料中的NbSe2納米片易于依附于摩擦副表面形成潤(rùn)滑膜，通過剪切滑移進(jìn)行潤(rùn)滑減摩，CeNbO4納米陶瓷小球提供抗高載能力，且能夠在摩擦副中形成“微拋光”、“微滾珠”效果，降低摩擦系數(shù)，同時(shí)也起到填補(bǔ)修復(fù)作用;復(fù)合材料中的NbSe2納米片和CeNbO4納米小球一起形成了協(xié)同潤(rùn)滑效果導(dǎo)致其摩擦性能大大提高。
　　 (4)以單質(zhì)Nb粉和S粉為反應(yīng)原料，摻雜一定比例的Se粉，通過固相反應(yīng)合成了Se摻雜的NbS2-xSex

8、納米材料。對(duì)NbS2-xSex納米材料的生長(zhǎng)過程及影響因素進(jìn)行了探討，如Se的摻雜量、保溫溫度及保溫時(shí)間等反應(yīng)條件進(jìn)行了討論，結(jié)果表明隨著Se的摻雜，NbS2-xSex的形貌由納米帶（板）轉(zhuǎn)變?yōu)榧{米片，摻雜使峰強(qiáng)變?nèi)?，衍射峰明顯寬化，晶粒細(xì)化。保溫溫度和保溫時(shí)間對(duì)產(chǎn)物形貌和結(jié)晶性均有較大影響。并對(duì)摻雜量、保溫溫度及保溫時(shí)間等因素對(duì)產(chǎn)物的影響進(jìn)行了詳細(xì)的闡述與分析。實(shí)驗(yàn)證明摻雜5at.％的Se在750℃下保溫2h能得到形貌良好的YbS1.