熔滲型自潤滑復合材料基體的微孔結構設計與仿真分析.pdf

1、熔滲型自潤滑復合材料是運用仿生摩擦學知識研究出的一種自潤滑材料。該復合材料的制備過程可以分為兩個部分：(1)燒結制備具有微孔結構的網(wǎng)絡基體；(2)真空壓力熔滲固體潤滑劑。在工作過程中，要求微孔基體具有足夠的強度，以承受載荷；而潤滑劑的主要作用是降低摩擦界面的摩擦系數(shù)，以保證潤滑性。微孔基體的微觀結構是保證復合材料潤滑性的前提，因為微孔結構（如微孔大小、分布及形狀）是決定浸滲固體潤滑劑的數(shù)量、潤滑劑分布的均勻性及在摩擦界面是否能夠形成潤滑

2、膜的關鍵。
　　本文以熔滲型自潤滑復合材料基體的微孔結構為研究對象，基于均勻化理論和有限元分析方法，建立微孔單胞模型，對孔隙度、微孔結構進行仿真分析?；谌蹪B型自潤滑復合材料的性能要求，研究了孔隙度、微孔形狀、孔徑分布等結構特征參數(shù)對復合材料宏觀性能的影響；根據(jù)復合材料基體的設計原則，進行基體材料的組分組成及組分比設計，采用粉末冶金燒結法制備出微孔基體，對其進行了微觀結構和性能表征。
　　根據(jù)對熔滲型自潤滑復合材料微孔基體的

3、理論分析結果可知，孔隙度是復合材料的一個重要結構特征參數(shù)，其與強度、硬度和自潤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關，只與粉末顆粒的形貌及排列方式有關，且當顆粒形貌為非球形時，燒結體的孔隙度較??；隨著特征值的不斷增大，孔隙度逐漸增加，而相對密度逐漸減??；隨著孔隙度的不斷增大，復合材料的相對彈性模量逐漸減小，泊松比逐漸增大，而抗壓強度呈指數(shù)下降。為保證復合材料力學性能和自潤滑性能的要求，微孔基體的孔隙度應控制在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，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等效應力值和應變值不斷增大，但增大的速率均不同，即圓孔增大速率較慢，六邊形較快；當位移載荷相同時，隨著孔隙度的增大，單胞模型產(chǎn)生的等效應力增大，而等效應變減小。綜合分析可知，微孔形狀為圓形和方形時綜合性能最好。
　　以 FeCrWMoV合金粉末為金屬相，TiC粉末為陶瓷相