《Nb1-xTixSe2（x=0.01-0.1）的製備及作為電接觸複合材料摩擦學特性研究》是依託江蘇大學，由李長生擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：Nb1-xTixSe2(x=0.01-0.1)的製備及作為電接觸複合材料摩擦學特性研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李長生
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
電接觸材料要求耐高溫、低摩擦磨損和良好的導電性，固體潤滑材料中，NbSe2具有很低的電阻率（3.5×10-4Ωocm），和優良的耐高溫和減摩耐磨特性，然而由於價格昂貴難以推廣使用。從低成本、環保和資源再生考慮，從含Nb高溫合金（Inconel781）廢料中提取Nb來製備NbSe2；Nb主要在γ′相（Ni3（Ti，Nb））中，Nb、Ti很難完全分離。因此我們設計了一種Nb1-xTixSe2（x=0.01-0.1），從第一性原理出發，對其進行初步計算，從態密度和費米能級看其結構和NbSe2類似，為導體材料，同時從摩擦實驗發現，其摩擦係數和耐磨性和NbSe2類似。在此基礎上本研究Ti的含量和結構對Nb1-xTixSe2導電性能的影響，以及在載流條件下的摩擦，探討材料的導電性、耐磨性、耐電弧燒蝕、化學穩定性以及硬度、強度和材料成分的關係，揭示其在電流和熱以及機械應力下的摩擦機理，為開發新型電
結題摘要
電接觸材料用在電機和發電機組、儀器儀表的固定部件和旋轉部件（如電刷、換向器等）之間傳導電流。載流下的摩擦，綜合了材料的導電、耐磨、耐電弧燒蝕、化學穩定性以及硬度、強度和耐衝擊性等一系列的性能。要求兼具耐高溫、低摩擦磨損和良好的導電性。Cu/Ag-石墨、MoS2是典型的電接觸材料。石墨只是在大氣或潮濕環境下具有潤滑性，而在乾燥環境和真空下無潤滑作用，MoS2用來彌補石墨的不足。MoS2的電阻率為102Ω•cm量級，而NeSe2的電阻率為10-4Ω•cm其摩擦特性和MoS2類似。但其價格昂貴，限制了其使用。考慮成本和資源利用，我們設計從含Nb高溫合金（如Inconel781）返回料中提取Nb作為原料。而Nb主要在γ´相中（Ni3（Ti，Nb））中，Nb和Ti很難完全分離，為此設計了一種Nb1-xTixSe2的材料，大幅降低成本。在摩擦學中多組分固體潤滑材料的合理配伍，會對材料的性能產生良好的協調作用。首先從第一性原理出發對於摻雜Nb1-xTixSe2進行了計算，對Ti替代NbSe2中Nb的位置和Ti在NbSe2晶體中間隙位置兩種情況下的態密度進行了研究；進而對過渡族金屬M（M=Ti、Mo、W、V、Ta）在NbSe2中的摻雜也做了計算；同時用固相法和熔鹽法分別合成了NbSe2，以及摻雜Ti的NbSe2的納米片和納米纖維，以及多種過渡族金屬硒化物納米摻雜的材料。並用X射線，掃描/透射電鏡等手段對成分、結構等進行了表征。在此基礎上製備了Cu/Ag-NbSe2以及Nb1-xTixSe2電接觸複合材料，並對其在不同溫度下的摩擦行為進行以研究。發現在室溫下含NbSe2的電接觸複合材料和MoS2類似，但300°C時材料的磨損率卻比MoS2的高出很多，其原因是燒結過程中MoS2部分分解和基體形成Cu2S（Ag2S）使得複合材料緻密性和硬度提高，改善了耐磨性。而Cu2Se易於氧化，材質疏鬆，降低了耐磨性。我們在複合材料中加入少量的Cr，在燒結過程中形成Cr2Nb硬質顆粒，使得複合材料的硬度和抗氧化性得到提高，進而在300°C的磨損降低了3倍左右，而材料的電阻率仍然比Cu/MoS2低三個數量級。該研究為新型電接觸複合材料的開發打下堅實的基礎。
