NbX2(X=Se,S)納米材料及其復合材料的制備、表征和摩擦學性能研究.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特的層狀結構，層內以很強的共價鍵結合，層間以較弱的范德華力結合，造成層與層之間容易剪切滑移，使其具有十分優(yōu)良的摩擦學性能。其中NbX2(X=Se，S)具有與MoS2相似的結構，而對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納米材料及其對應的W摻雜的Nb1-xWxSe2和Se摻雜的NbS2-xSex納米材料，并對其摩擦學性能進行了研究;并延伸對CuxNbSe2、NbSe2/CeNbO4納米復合材料的制備和其摩擦學性能進行了初步研究探討。主要的研究工作和成果如下:
　　 (1)以單質Nb粉和Se粉為反應原料，摻雜一定比例的W粉，通過固相反應合成了W摻雜的Nb1-xWxSe2納米材料。結果表明隨著W摻雜量的增加，Nb1-xWxSe2的形貌由規(guī)則的微

3、米六方片轉變?yōu)榧{米片和納米帶的混合，摻雜使衍射峰明顯寬化，峰強變弱，晶粒細化。對Nb1-xWxSe2納米材料的生長過程及影響因素進行了探討，如W摻雜量、保溫溫度及保溫時間等反應條件進行了討論，結果證明摻雜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為固體潤滑相，Cu為基體，通過粉末冶金的方法制備出不同質量百分比含量的Nb1-xWxSe2/Cu基復合材料。結果

4、表明隨著Nb1-xWxSe2添加量的增加，Nb1-xWxSe2/Cu基復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Nb1-xWxSe2中W摻雜量x=3％且Nb0.97W0.03Se2的添加質量為5wt.％時，Nb0.97W0.03Se2/Cu基復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。認為這是由于Nb0.97W0.03Se2中同時均勻存在納米帶和納米片，納米片在復合材料中納米片起到潤滑成膜的作用，納米帶起

5、到了增強增韌的作用，導致復合材料的力學性能和摩擦學性能同時提高。由于在Nb1-xWxSe2/Cu基復合材料中發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)新相，考慮到可能NbSe2與Cu發(fā)生反應，接下來制備表征了NbSe2與Cu的反應產(chǎn)物CuxNbSe2，并研究了其摩擦性能。結果表明:Cu0.38NbSe2仍然為母體NbSe2六方結構，但形貌尺寸變大并發(fā)生團聚。由于Cu0.38NbSe2結構與母體NbSe2接近，其性質可能遺傳了其母體性質，故其抗磨減摩機理可能與其母體NbS

6、e2相同，同時發(fā)現(xiàn)CuxNbSe2在低載荷時摩擦性能稍差，隨著載荷的增加摩擦性能越來越好，并對摩擦機理進行了解釋。
　　 (3)采用一步法制備具有協(xié)同潤滑效應的NbSe2/CeNbO4納米復合材料。結果表明:NbSe2/CeNbO4納米復合材料中NbSe2為納米六方片，CeNbO4為納米小球，顆粒大小均勻。摩擦性能測試結果表明:NbSe2/CeNbO4具有優(yōu)異的摩擦學性能且要優(yōu)于純的NbSe2，并提出其摩擦機理:NbSe2/Ce

7、NbO4納米復合材料中的NbSe2納米片易于依附于摩擦副表面形成潤滑膜，通過剪切滑移進行潤滑減摩，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)，同時也起到填補修復作用;復合材料中的NbSe2納米片和CeNbO4納米小球一起形成了協(xié)同潤滑效果導致其摩擦性能大大提高。
　　 (4)以單質Nb粉和S粉為反應原料，摻雜一定比例的Se粉，通過固相反應合成了Se摻雜的NbS2-xSex

8、納米材料。對NbS2-xSex納米材料的生長過程及影響因素進行了探討，如Se的摻雜量、保溫溫度及保溫時間等反應條件進行了討論，結果表明隨著Se的摻雜，NbS2-xSex的形貌由納米帶（板）轉變?yōu)榧{米片，摻雜使峰強變弱，衍射峰明顯寬化，晶粒細化。保溫溫度和保溫時間對產(chǎn)物形貌和結晶性均有較大影響。并對摻雜量、保溫溫度及保溫時間等因素對產(chǎn)物的影響進行了詳細的闡述與分析。實驗證明摻雜5at.％的Se在750℃下保溫2h能得到形貌良好的YbS1.