熔滲型自潤(rùn)滑復(fù)合材料基體的微孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真分析.pdf

1、熔滲型自潤(rùn)滑復(fù)合材料是運(yùn)用仿生摩擦學(xué)知識(shí)研究出的一種自潤(rùn)滑材料。該復(fù)合材料的制備過(guò)程可以分為兩個(gè)部分：(1)燒結(jié)制備具有微孔結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)基體；(2)真空壓力熔滲固體潤(rùn)滑劑。在工作過(guò)程中，要求微孔基體具有足夠的強(qiáng)度，以承受載荷；而潤(rùn)滑劑的主要作用是降低摩擦界面的摩擦系數(shù)，以保證潤(rùn)滑性。微孔基體的微觀結(jié)構(gòu)是保證復(fù)合材料潤(rùn)滑性的前提，因?yàn)槲⒖捉Y(jié)構(gòu)（如微孔大小、分布及形狀）是決定浸滲固體潤(rùn)滑劑的數(shù)量、潤(rùn)滑劑分布的均勻性及在摩擦界面是否能夠形成潤(rùn)滑

2、膜的關(guān)鍵。
　　本文以熔滲型自潤(rùn)滑復(fù)合材料基體的微孔結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，基于均勻化理論和有限元分析方法，建立微孔單胞模型，對(duì)孔隙度、微孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析?；谌蹪B型自潤(rùn)滑復(fù)合材料的性能要求，研究了孔隙度、微孔形狀、孔徑分布等結(jié)構(gòu)特征參數(shù)對(duì)復(fù)合材料宏觀性能的影響；根據(jù)復(fù)合材料基體的設(shè)計(jì)原則，進(jìn)行基體材料的組分組成及組分比設(shè)計(jì)，采用粉末冶金燒結(jié)法制備出微孔基體，對(duì)其進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)和性能表征。
　　根據(jù)對(duì)熔滲型自潤(rùn)滑復(fù)合材料微孔基體的

3、理論分析結(jié)果可知，孔隙度是復(fù)合材料的一個(gè)重要結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，其與強(qiáng)度、硬度和自潤(rùn)滑性能有著緊密的聯(lián)系?？紫抖扰c組成基體材料的粉末顆粒直徑無(wú)關(guān)，只與粉末顆粒的形貌及排列方式有關(guān)，且當(dāng)顆粒形貌為非球形時(shí)，燒結(jié)體的孔隙度較??；隨著特征值的不斷增大，孔隙度逐漸增加，而相對(duì)密度逐漸減??；隨著孔隙度的不斷增大，復(fù)合材料的相對(duì)彈性模量逐漸減小，泊松比逐漸增大，而抗壓強(qiáng)度呈指數(shù)下降。為保證復(fù)合材料力學(xué)性能和自潤(rùn)滑性能的要求，微孔基體的孔隙度應(yīng)控制在15％

4、-30%范圍內(nèi)。
　　單胞模型的有限元仿真分析表明：微孔形狀分別為圓形、三角形、四邊形及六邊形時(shí)，隨著載荷的不斷增大，各種微孔形狀的單胞模型產(chǎn)生的Mises等效應(yīng)力值和應(yīng)變值不斷增大，但增大的速率均不同，即圓孔增大速率較慢，六邊形較快；當(dāng)位移載荷相同時(shí)，隨著孔隙度的增大，單胞模型產(chǎn)生的等效應(yīng)力增大，而等效應(yīng)變減小。綜合分析可知，微孔形狀為圓形和方形時(shí)綜合性能最好。
　　以 FeCrWMoV合金粉末為金屬相，TiC粉末為陶瓷相