將CNTs、Se粉和Nb粉按一定化學(xué)計(jì)量比均勻混合，通過(guò)固相反應(yīng)生成碳納米管(CNTs)/NbSe2復(fù)合材料，然后以生成的CNTs/NbSe2復(fù)合材料為固體潤(rùn)滑相，Cu為基體相，通過(guò)粉末冶金的方法制備出了CNTs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料。利用UMT-2摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)材料的摩擦磨損性能進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有較好的摩擦學(xué)性能，磨痕平滑；隨著1%(質(zhì)量比)CNTs的加入，CNTs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料摩擦學(xué)性能更為優(yōu)異，其痕更平滑。這是由于具有優(yōu)異潤(rùn)滑性能的NbSe2和均勻彌散分布在Cu基體中的大長(zhǎng)徑比管狀結(jié)構(gòu)的CNTs一起起到了協(xié)同強(qiáng)化和減摩耐磨作用，z*終導(dǎo)致材料的機(jī)械和摩擦學(xué)性能同時(shí)提高。

近幾十年來(lái)隨著科技的進(jìn)步和材料科學(xué)的發(fā)展，聚合物基、陶瓷基和金屬基等固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料應(yīng)用日趨廣泛，其性能也在不斷改善。其中，由于金屬基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料具有十分優(yōu)良的綜合性能，其在交通運(yùn)輸設(shè)備、生產(chǎn)機(jī)械、辦公設(shè)備、家用電器、精密儀器以及軍事裝備等領(lǐng)域都起著十分重要的作用，逐漸成為材料科學(xué)研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。金屬基固體自潤(rùn)滑復(fù)合材料同時(shí)具有十分優(yōu)良的塑性和韌性，能得到較好的加工，而且能夠適應(yīng)于高溫和高真空等惡劣的環(huán)境，其中的一部分金屬基復(fù)合材料應(yīng)用在具有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的帶電接觸的元器件中，這類材料可稱之為電接觸材料，電接觸材料是各類電器中的必不可少的關(guān)鍵部件，承擔(dān)傳遞電能、電信號(hào)、接觸和分?jǐn)嚯娐返戎匾蝿?wù)，其性能的好壞直接關(guān)系到儀器的可靠性、穩(wěn)定性和使用壽命。由于電接觸材料與傳統(tǒng)的摩擦副不同，其在使用過(guò)程中，除了受到摩擦力與接觸應(yīng)力以外，還有電弧的灼燒、電火花現(xiàn)象以及電流對(duì)材料接觸表面的微觀改變，因此作為電接觸材料通常要求其同時(shí)具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性、抗磨減摩性和較好的機(jī)械強(qiáng)度。傳統(tǒng)的銀基石墨材料及銅基石墨復(fù)合材料作為兩種典型的電接觸材料，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電器等領(lǐng)域，但銀和銅的強(qiáng)度硬度較低，易磨損，而其中的石墨較軟主要起到潤(rùn)滑相作用，其強(qiáng)化基體的作用不大。所以在高速高載荷、大電流等苛刻的條件，這些電接觸材料難以滿足這些要求。隨著科技的發(fā)展，電接觸材料的性能要求越來(lái)越高，故研究新型的電接觸材料很有必要。

銅基自潤(rùn)滑復(fù)合材料擁有良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電、自潤(rùn)滑性能，而且具有較好的摩擦性能，得到了廣泛關(guān)注。NbSe2由于其具有優(yōu)異的摩擦性能和導(dǎo)電性能，引起了學(xué)者們的廣泛研究，其導(dǎo)電性比MoS2低六個(gè)數(shù)量級(jí)，比石墨低一個(gè)數(shù)量級(jí)，摩擦性能優(yōu)于石墨，故其很適合作為電接觸材料潤(rùn)滑相，但其應(yīng)用于銅基自潤(rùn)滑材料的研究，國(guó)內(nèi)均報(bào)導(dǎo)較少。碳納米管(CNTs)由于具有比強(qiáng)度高、彈性模量大、機(jī)械性能好、摩擦性能優(yōu)異、耐高溫以及優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性等一系列特性使其成為一種理想的復(fù)合材料增強(qiáng)體。但CNTs在電接觸材料中的研究應(yīng)用還鮮見(jiàn)報(bào)道。因此，本文在此背景下先制備了CNTs/NbSe2納米粉末復(fù)合材料，然后以Cu為基相，采用粉末冶金方法制備了CNTs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料，結(jié)果表明CNTs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，少量CNTs的加入大大提高了Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料的摩擦學(xué)性能及機(jī)械性能。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1、實(shí)驗(yàn)原料

Nb粉(純度99%，200目)，Se粉(純度99%，300目)，CNTs(購(gòu)自深圳納米港有限公司，其規(guī)格為1～2μm，管徑10～20nm，純度大于95%)，Cu粉(純度99%，270目)。

1.2、制備方法

由于CNTs長(zhǎng)徑比大，容易纏繞在一起，故為了使CNTs能在后續(xù)的Cu基復(fù)合材料中充分混合均勻，按表1 所示的各組分質(zhì)量百分含量稱取CNTs、Se粉和Nb粉(nNb/nSe物質(zhì)的量比為1∶2.2)，然后按照鋼球與原料粉末的質(zhì)量比為10∶1，稱取不銹鋼球和粉末混合放入球磨罐，其中鋼球直徑為8mm，用機(jī)械泵抽取罐中真空并通入氬氣，反復(fù)3-5次，調(diào)整QMISP2型球磨機(jī)以轉(zhuǎn)速200r/min球磨9h。將球磨混合均勻后的粉末干燥后放入固相反應(yīng)釜中。將其放入管式反應(yīng)爐中加熱到750℃，升溫速率為10℃/min，充分反應(yīng)2h后隨爐自然冷卻后打開(kāi)得到不同試樣粉末，分別將不同的各粉末與其表1中對(duì)應(yīng)的Cu粉混合均勻，具體工藝如下：先在200MPa下進(jìn)行冷壓成坯，保壓10min，然后在700℃的氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)1h后，經(jīng)400MPa下復(fù)壓，保壓時(shí)間10min，再在750℃的氬氣保護(hù)氣氛下燒結(jié)1h，z*后得到NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料A、B、C，以及CNTs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料A1、B1、C1，尺寸規(guī)格為Φ15mm×5mm的圓柱體。

表1　各試樣成分配比

1.3、測(cè)試與表征

采用X多晶粉末射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)來(lái)表征材料的物相組成和形貌及微觀結(jié)構(gòu)。采用電阻率檢測(cè)儀、萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)和排水法測(cè)試塊體樣品的電阻率、硬度和密度。在UMT-2型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上考察CNs/NbSe2/Cu基自潤(rùn)滑復(fù)合材料試樣的摩擦學(xué)性能，摩擦副采用球-盤(pán)接觸形式，上試樣為直徑為3mm的440-C(9Cr18)不銹鋼球，其硬度為HRC62。下試樣為Φ15mm×5mm的圓柱形實(shí)驗(yàn)試樣，實(shí)驗(yàn)時(shí)上試樣固定不動(dòng)，下試樣作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為200r/min，旋轉(zhuǎn)半徑為5mm，載荷為0.5～3N，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為10min。

2、結(jié)論

采用粉末冶金方法成功制備了CNTs/NbSe2/Cu基復(fù)合材料，實(shí)驗(yàn)表明其具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能，且要優(yōu)于NbSe2/Cu基復(fù)合材料；少量CNTs的加入能大大提高復(fù)合材料的摩擦學(xué)及力學(xué)性能，這是由于均勻彌散分布在Cu基體中的大長(zhǎng)徑比管狀結(jié)構(gòu)的CNTs，這猶如鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋，對(duì)塊體復(fù)合材料起到關(guān)鍵的強(qiáng)化作用，這兩種潤(rùn)滑強(qiáng)化相一起起到了協(xié)同強(qiáng)化和減摩耐磨效果，z*終導(dǎo)致材料的機(jī)械和摩擦學(xué)性能同時(shí)提高。