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“铜基粉末冶金摩擦材料”资料合集目录一、铜基粉末冶金摩擦材料的应用及展望二、铜基粉末冶金摩擦材料研制及其高温疲劳磨损和冲击性能研究三、铜基粉末冶金摩擦材料增强相的研究发展状况四、高速制动铜基粉末冶金摩擦材料的设计及制备五、铜基粉末冶金摩擦材料的制备及性能研究六、铜基粉末冶金摩擦材料基体及其摩擦铜基粉末冶金摩擦材料的应用及展望铜基粉末冶金摩擦材料的简介铜基粉末冶金摩擦材料是一种利用铜基粉末通过压制、烧结等工艺制成的材料。
由于其具有良好的耐磨性、抗粘着性和抗疲劳性，因此被广泛应用于各种机械装置中，如制动器、离合器、轴承等。
工业生产在工业生产中，铜基粉末冶金摩擦材料被广泛应用于各种机械零件的制造，如轴承、齿轮、刹车片、离合器片等。
由于其具有良好的耐磨性和抗疲劳性，能够有效提高机械设备的效率和寿命。
医学领域在医学领域，铜基粉末冶金摩擦材料被用于制作人工关节、手术器械等医疗器械。
由于其对人体的生物相容性和耐腐蚀性优良，能够有效降低术后感染的风险，提高手术效果。
建筑与交通在建筑与交通领域，铜基粉末冶金摩擦材料被应用于各种摩擦片、刹车片、离合器片等产品的制造。
由于其具有优异的摩擦性能和耐久性，能够为建筑和交通工具提供更安全、更稳定的运行保障。
铜基粉末冶金摩擦材料的展望随着科技的不断发展，铜基粉末冶金摩擦材料的研究也在不断深入。
未来，铜基粉末冶金摩擦材料将面临以下发展方向：高性能化为了满足各种复杂工况下的高负荷、高速度、长寿命的使用要求，铜基粉末冶金摩擦材料需要具备更高的性能，如更优异的耐磨性、抗疲劳性和抗粘着性等。
绿色环保化随着环保意识的不断提高，未来的铜基粉末冶金摩擦材料将更加注重绿色环保制造，减少对环境的污染和资源的浪费。
智能化制造随着智能制造技术的不断发展，未来的铜基粉末冶金摩擦材料将更加注重智能化制造，实现生产过程的自动化、信息化、数字化，提高生产效率和产品质量。
结论铜基粉末冶金摩擦材料作为一种重要的功能材料，在工业生产、医学、建筑、交通等领域具有广泛的应用前景。
铜基摩擦材料的摩擦磨损研究摩擦磨损是各种机械设备中常见的现象，也是科学家们长期以来一直在研究的问题。
在这方面，铜基摩擦材料已经成为一种特别引人注意的材料。
铜基摩擦材料在工业生产中广泛应用，具有高温下具有较强的耐磨性能、化学惰性、优异的导电性和导热性，是一种理想的摩擦材料。
本文将对铜基摩擦材料的摩擦磨损性能进行研究和探讨。
一、铜基摩擦材料的特点铜基摩擦材料是一种由铜及其合金制成的材料，具有较高的强度和硬度，同时也具有良好的加工性、焊接性能和耐腐蚀性。
铜基摩擦材料具有优异的导电性和导热性，可以应用于电气设备和焊接行业。
此外，铜基摩擦材料的化学惰性非常强，熔点低，具有良好的塑性和韧性。
二、铜基摩擦材料的摩擦磨损机理铜基摩擦材料的摩擦磨损机理主要与其微观状态有关。
摩擦磨损的主要原因是材料表面上的微观凹坑，当机件运动时会形成一定的摩擦力，使材料表面产生塑性变形和热变形，表面上的颗粒会磨损、脱落，在同等条件下，颗粒脱落越多，则表明材料的磨损越严重。
铜基摩擦材料摩擦磨损的机理是磨粒磨损和熔角磨损。
材料表面的微小颗粒形成摩擦磨损的磨料，而在微小颗粒上的热分解产物和金属离子则成为了磨损的溶剂，促进铜基摩擦材料的摩擦磨损过程。
三、铜基摩擦材料的摩擦磨损试验铜基摩擦材料的摩擦磨损试验是对材料性能进行测试的重要方法。
试验条件是由材料的使用情况决定的，影响试验结果的条件有很多，例如试验参数、操作人员、试验设备、试验环境等。
根据铜基摩擦材料的应用领域和需要进行的试验，可以选择多种试验方法，如滑动磨损试验、旋转磨损试验、劈裂试验、磨粒磨损试验及高温试验等。
四、铜基摩擦材料的改性研究铜基摩擦材料的改性研究是为了提高其摩擦磨损性能、延长其使用寿命。
改性材料的方法有很多种，如添加一些特殊材料、改变材料的晶体结构等。
添加适量的纳米粒子或纳米管可以修饰材料表面，使其抗氧化能力增强、增加其硬度和强度，从而提高其耐磨性和防腐蚀性。
利用表面处理等方法，可以改变铜基摩擦材料的摩擦磨损性能及其相应的机理。
第20卷 第3期郑州轻工业学院学报(自然科学版)Vol .20 No .3 2005年8月JOUR NAL OF ZHENGZHOU UNIVER SITY OF LIGHT INDUSTRY (Natural Science )Aug .2005 收稿日期:2004-09-08 基金项目:河南省重大科技攻关项目(03230239000) 作者简介:高红霞(1965—),女,河南省偃师市人,郑州轻工业学院副教授,硕士,主要研究方向:复合材料及耐磨材料. 文章编号:1004-1478(2005)03-0010-03铜基粉末冶金刹车材料不同制动速度下的摩擦磨损性能高红霞1, 刘建秀1, 王 青2(1.郑州轻工业学院机电工程学院,河南郑州450002;2.郑州轻工业学院外语系,河南郑州450002)摘要:利用MM —1000型摩擦试验机对铜基粉末冶金刹车材料在不同制动速度下的摩擦磨损性能进行测试.结果表明:该材料的摩擦系数及磨损量受制动速度影响较大.当制动速度为4000r /min 时,仍具有较高摩擦系数为0.44;制动速度大于4000r /min 时,摩擦系数迅速下降;当制动速度为3000r /min 时,材料磨损量较小.低速制动下的磨损机理主要为疲劳磨损,高速制动时主要为磨粒磨损和氧化磨损.关键词:刹车材料;摩擦磨损;制动速度;粉末冶金中图分类号:TB333 文献标识码:AFriction wear property of brake materials by copper -based powdermetallurgy with various brake speedsGAO Hong -xia 1, LIU Jian -xiu 1, W ANG Qing 2(1.College of Mech .and Electr .Eng .,Zheng zhou Univ .of Light Ind .,Zhengzhou 450002,China ;2.Dept .of Foreign Language ,Zhengzhou Univ .of Light Ind .,Z heng zhou 450002,China )A bstract :The experiment is conducted on MM -1000friction test machine ,which tests friction wear propertyof copper -based brake materials by po wder metallur gy at different brake speeds .It shows that the coefficient of friction and wear volume are greatly influenced by brake speed .When the brake speed is 4000r /min ,the mate -rial still has a c oefficient of friction with 0.44.When the brake speed is over 4000r /min ,the coefficient of friction decreased rapidly .When the brake speed is 3000r /min ,the material 's wear intensity is minor .That is to say ,no matter how higher or lower the brake speed is the wear volume is bigger relatively .With the brake speed of the lower one it mainly refers to fatigue wear ,while of higher one it mainly refers to abradant and oxi -dation wear .Key words :brake material ;friction wear ;brake speed ;powder metallurgy0 引言随着我国铁路运输业的飞速发展,列车运行速度一提再提,目前列车平均时速已超过160km .这就对列车制动技术提出了更高要求,特别是制动材料,要求其不仅具有高强度、高导热性,还必须具有优良的抗摩擦磨损性能.我国现有列车制动材料主要有高磷铸铁、有机合成材料[1,2],以及研究开发阶段的铁基和铁铜基粉末冶金材料、C /C 复合材料等[3].为了克服高磷铸铁强度低、有机合成材料导热性差等不足,笔者研究出一种铜基粉末冶金刹车材料,并系统地测试了其在不同制动速度下的摩擦磨损性能,与其他制动材料相比,铜基粉未治金刹车材料在高速制动时仍具有较高的摩擦系数和优良的耐磨性能[4],在高速列车制动零件上具有很好的应用前景.1 实验1.1 材料1.1.1 配方组成 铜基粉末冶金材料配方见表1.配方中Cu 为基体,Fe ,Sn 为合金元素,SiO 2为摩擦组元,石墨为润滑组元,BaSO 4为摩擦调整剂,其他为提高摩擦组元与基体间润湿性及促进合金元素扩散的合金添加剂.表1 铜基粉末治金材料配方组分CuFe Sn BaSO 4Si O 2石墨其他质量分数/%65～685～84～71～42～58～112～71.1.2 试件制备 将称量好的一定粒度的电解铜粉、还原铁粉、喷雾锡粉及各种组分的微粉机械混合10h ～16h ,加入适量硬质树脂和橡胶共混,在500MPa ～600MPa 压力下压制成坯块,与钢背钎焊后1050℃烧结2h 制成磨损试验用试件.试件的组织结构见图1.灰色基体为铜的固溶体,白色颗粒为SiO 2,均匀分布的黑色细条状物为石墨.试件的力学性能及物理性能见表2.图1 试件的组织结构表2 试件的力学及物理性能强度/M Pa 基体硬度/HV 弹性模量/GP a 热导率/(W ·(m ·K )-1)比热/(kJ ·(kg ·K )-1)密度/(g ·c m -3)热胀系数×10-6/K -1575503.012.64.94.916.21.2 方法1.2.1 磨损试验 在MM —1000实验机上按JB3063—82进行摩擦磨损试验.试件尺寸为内径53mm ,外径75mm ,对偶材料为30CrSiMoVA 钢.测试铜基粉末冶金材料试件在不同制动速度下的摩擦系数、稳定系数及磨损量.试验条件为制动压力p =0.98MPa ,转动惯量I =0.196kg ·m 2.摩擦系数计算公式为:μ=I ω/2pR G t ,其中,ω为开始制动时实验机主轴角速度;R G 为试件摩擦力合力作用点的半径,可通过摩擦力矩计算得到;t 为制动时间.磨损量用试件的磨损高度表示,为相同制动条件下3次制动的磨损高度的平均值.1.2.2 摩擦试件表面温度测量 在对偶材料上钻孔,孔深距摩擦表面1mm ,用热电偶测量温度.由于测温点不在试件表面,且距摩擦表面有一定距离,所测温度比试件表面实际温度低,但可用来比较不同制动速度下试件表面温度的相对高低.1.2.3 试件磨损表面的电镜观察 用JSM —5900扫描电子显微镜观察磨损后的试件表面,以分析磨损特征及磨损机理.2 结果与讨论2.1 制动速度对摩擦系数的影响不同制动速度下试件摩擦系数见表3.摩擦系数的稳定系数α= μ/μmax ,其中 μ,μmax 分别为各制动速度下测出的平均摩擦系数和最大摩擦系数.表3 不同制动速度下的摩擦系数及其稳定系数项目制动速度/(r ·min -1)10002000300040005000 μ0.430.430.460.440.34μmax 0.440.440.470.470.37α/%97.797.797.993.691.9 由表3可知,该材料在不同制动速度下摩擦系数的稳定系数均较高.当制动速度小于4000r /min 时,制动速度对材料摩擦系数影响不大,均具有较高摩擦系数;当制动速度大于4000r /min 时,摩擦系数迅速下降.这是由于制动时摩擦表面上因为摩擦造成温度升高,在不同制动速度下摩擦表面温度不同(见图2).制动速度小于4000r /min 时,摩擦表面温度小于300℃,铜基粉末冶金摩擦材料的基体组织基本不发生变化,基体本身的硬度随温度升高下降不多,再加上表面微凸的SiO 2等硬质颗粒,使克服摩擦表面啮合作用所需的力矩增大,故摩擦系数较高.当制动速度为4000r /min ,5000r /min 时,摩擦表图2 制动速度对摩擦表面温度的影响·11·第3期高红霞等:铜基粉末冶金刹车材料不同制动速度下的摩擦磨损性能面温度较高,分别为350℃,380℃,铜基粉末冶金摩擦材料组织中游离态的Pb (熔点325℃)熔化析出,在摩擦表面形成一层润滑薄膜,使摩擦系数降低;此外由于制动速度较高时,铜基摩擦材料表面产生的塑性变形及磨损增加,材料表面空隙减少,使摩擦接触面积增大,也造成了摩擦系数的降低[5].2.2 制动速度对磨损量的影响不同制动速度下试件摩损量见表4.当制动速度小于2000r /min 时,随制动速度的增加,材料的磨损量增加,这是由于制动速度增加造成摩擦表面的温度升高,基体硬度下降,导致材料耐磨性下降.当制动速度达到3000r /min 时,摩擦表面所测温度达302℃,实际温度可超过Pb 的熔点,表层熔化的Pb 在铜基粉末冶金摩擦材料表面空隙的毛细作用下渗至摩擦面,起润滑作用,使材料磨损量减少.但当制动速度为4000r /min ,5000r /min 时,摩擦表面温度更高,Pb 的润滑减轻磨损的作用远小于高温氧化增加磨损的作用,从而使材料磨损量较快地增高.表4 不同制动速度下的摩损量制动速度/(r ·min -1)10002000300040005000磨损高度/μm1.63.42.33.45.02.3 摩擦磨损机理低速(制动速度小于4000r /min )制动时,虽然材料摩擦系数较大,但磨损量较小,是由于低速时摩擦面温度低,基体硬度高,表面SiO 2等硬质颗粒可牢固地镶嵌在基体上,发挥其高硬度、耐磨的作用,使材料磨损量较小,此时磨损机理主要是疲劳磨损.材料表面受循环摩擦力作用,在铜基粉末冶金摩擦材料基体与第二相质点的界面产生疲劳裂纹,裂纹扩展使表面上局部剥离形成凹坑[6](见图3).图3 试件摩擦面SE M 照片(制动速度2000r /min ) 高速(制动速度为4000r /min )制动时,摩擦面温度高,铜基粉末冶金摩擦材料基体软化,表面层上的硬质颗粒易脱落,摩擦面上的磨料对铜基摩擦材料的基体产生磨粒磨损,形成犁沟(见图4).此外,高速制动时摩擦面温度升高使摩擦表面氧化严重,造成氧化磨损,试件高速制动后的磨损表面有大量氧化物(见图5),在摩擦力作用下,氧化物颗粒脱落,又加速磨粒磨损,因此高速制动磨损量大大高于低速制动.图4 试件摩擦面SE M 照片(制动速度4000r /min )图5 试件摩擦面SE M 照片(制动速度5000r /min )3 结论1)铜基粉末冶金摩擦材料在4000r /min 较高制动速度下仍具有较高摩擦系数(0.44),且摩擦系数的稳定性较好,可实现高速、平稳制动.2)制动速度小于4000r /min 时,铜基粉末冶金摩擦材料及对偶材料磨损量均较小.3)铜基粉末冶金摩擦材料在低速下磨损机理主要为疲劳磨损,高速下以磨粒磨损和氧化磨损为主.参考文献:[1] 周继承,黄伯云.列车制动摩擦材料研究进展[J ].材料科学与工程,1999,17(2):91—93.[2] 戴雅康.高速列车摩擦制动材料的现状与发展[J ].机车车辆工艺,1994,(2):1—8.[3] 姚萍屏,熊翔,刘强.高速电力机车制动闸瓦用粉末冶金刹车材料研究[J ].非金属矿,2002,25(2):53—55.[4] 刘建秀,李蔚,韩长生.高速列车刹车材料的性能综述[J ].江苏冶金,2003,31(2):16—18.[5] 黄培云.粉末冶金原理[M ].北京:冶金工业出版社,1985.455.[6] 董允,张廷森,林晓娉.现代表面工程技术[M ].北京:机械工业出版社,2000.58—59.·12·郑州轻工业学院学报(自然科学版)2005年。
高速制动工况下Cu基粉末冶金闸片材料摩擦磨损性能朱旭光;孙乐民;陈跃;张永振【摘要】采用粉末冶金工艺,制得铜基摩擦材料;利用MM-1000Ⅱ型摩擦磨损试验机模拟列车实际工况条件,测试其摩擦磨损性能;用扫描电镜观察铜基摩擦材料表面磨痕,并分析其磨损机制.结果表明:一定制动压力下,铜基摩擦材料摩擦因数和磨损率均随着制动速度的增加先升高后降低,150 km/h时制动性能最好,250～300 km/h 时制动性能最为稳定;制动速度一定时,随着制动压力的增加,摩擦因数先升高后降低,磨损率增大并趋于稳定,0.4 MPa时摩擦因数最大,0.8～1.0 MPa时制动性能比较稳定;铜基摩擦材料在高速制动工况下的磨损机制主要为磨粒磨损和疲劳磨损.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2015(040)011【总页数】5页(P52-55,59)【关键词】高速列车;制动闸片;制动速度;制动压力;摩擦磨损【作者】朱旭光;孙乐民;陈跃;张永振【作者单位】河南科技大学,河南省摩擦学重点实验室河南洛阳471023;河南科技大学,河南省摩擦学重点实验室河南洛阳471023;河南科技大学,河南省摩擦学重点实验室河南洛阳471023;河南科技大学,河南省摩擦学重点实验室河南洛阳471023【正文语种】中文【中图分类】TH117.1高速列车的不断提速,对列车闸片的制动性能提出了更高的要求。
当速度为300 km/h的高速列车在实施紧急制动时,制动盘与闸片的摩擦速度达到45 m/s,摩擦因数大于0.35,每个制动盘所消耗的最高制动能达到23 MJ,制动盘体的温度可达600 ℃,盘面最高温度超过800 ℃[1-2]。
铜基粉末冶金摩擦材料由于不仅保持了基体良好的导热性和耐蚀性,还具有较高的耐磨性、高温力学性能和较低的热膨胀系数[3],因而被广泛应用于制造高速列车闸片。
为开发性能更加优越的制动闸片材料,对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损规律的研究,如材料成分对摩擦磨损性能的影响[4-5],摩擦速度和压力对摩擦磨损性能的影响等[6-7],越来越受到重视。
Cu-Fe基摩擦片摩擦磨损性能的实验研究任剑;崔功军;鲁张祥【摘要】为探究带式运输机铜基摩擦片的摩擦学行为,采用粉末冶金工艺制备Cu-Fe基摩擦材料.在干式制动条件下用环-块摩擦磨损试验机研究摩擦片的摩擦学行为.探索铁元素对铜基复合材料摩擦片摩擦行为和磨损机理的作用.结果表明,与铜-石墨复合材料相比,添加了铁元素的铜-石墨复合材料在高载荷下表现出更好的摩擦学性能,其在摩擦表面上形成的富含石墨的机械混合层(MML)更加稳定.%In order to investigate the tribological behavior of copper based friction plates for belt conveyor, the Cu-Fe based friction materials were prepared by powder metallurgy technology.The tribological behavior of friction plates under dry braking conditions was studied by ring-block friction and wear tester.The effect of Fe on the fric-tion behavior and wear mechanism of copper-based composite friction plates was studied.The results showed that the copper-graphite composites with Fe added to the copper-graphite composites exhibit better tribological properties under high load,and the graphite-rich mechanical mixing layer(MML)formed on the friction surface was more ro-bust.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2017(017)030【总页数】4页(P223-226)【关键词】Cu-Fe基摩擦片;摩擦;磨损;机械混合层【作者】任剑;崔功军;鲁张祥【作者单位】太原理工大学机械学院,山西省矿山流体控制工程实验室,矿山流体控制国家地方联合工程实验室,太原030024;太原理工大学机械学院,山西省矿山流体控制工程实验室,矿山流体控制国家地方联合工程实验室,太原030024;太原理工大学机械学院,山西省矿山流体控制工程实验室,矿山流体控制国家地方联合工程实验室,太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH117铜基复合材料具有较高的强度及良好的导电导热性、减磨耐磨性、耐蚀性等一系列优点，在机械零件材料等领域发挥着重要的作用[1]。
第18卷 第2期2011年4月金属功能材料M etallic Fu nctional M aterialsVol.18, No.2April, 2011铜基石墨合金材料摩擦磨损行为的研究赵小根,何国球,付 沛(同济大学 材料科学与工程学院金属基材料研究所,上海 201804)摘 要:为研究铜基石墨合金材料的摩擦性能,并预测材料的磨损量变化和寿命,研究了磨损实验数据,总结出用临界热应力状态来判定磨损量线性或非线性的增长关系的结论,并通过微观机理研究、解释并证明了结论的正确性。
通过石墨润滑层损坏机理推导出磨损量计算公式并验证了公式的可行性。
关键词:石墨层;临界热应力状态;磨损公式中图分类号:T B33 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)02-0042-05Research on Attrition Loss of Copper graphiteAlloy MaterialZH AO Xiao gen,H E Guo qiu,FU Pei(Scho ol of M ater ial Science and Eng ineering ,T o ng ji U niver sity,Shang hai 201804,China)Abstract:In or der t o research the frict ion propert ies o f the copper g raphite alloy materials and for ecast v ariation o f attrition loss and material lifetime,test data are analy zed It is indicate that ther e is a cr itical t her mal stress status to determ ine the linea r o r nonlinear g ro wth relationship o f at trition lo ss and the co rr ectness o f t he conclusion is ex pla ined and pro ved by the micr oscopic mechanism.A ttr itio n lo ss fo rmula is deriv ed fro m g raphite lubr ication layer damag e mechanism and the feasibilit y is also ver ified.Key words:g r aphite layer ;critical ther mal stress status;attr itio n loss for mula作者简介:赵小根(1987-),男,硕士,研究方向是铜基粉末冶金。
粉末冶金渗铜钢力学性能与摩擦磨损性能研究我国粉末治金渗铜技术的相对比较落后，在液压系统中依旧使用相对比较落后的耐磨合金钢。
因此本次研究主要是通过液压压制、预烧以及熔渗技术，制配一种能够在液压零件中使用的粉末治金渗铜钢，研究其原材料的质量、强度以及密度与渗铜钢摩擦磨损性能的关系，并与传统的耐磨合金钢在润滑条件、渗铜相同等情况下进行比较。
促进我国粉末治金渗铜技术的运用，降低制作成本，并且起到提高成品的質量作用。
标签：粉末治金；力学性能；摩擦磨损性能粉末治金渗铜力学性的主要特点是其强度相对比较高、密度紧密以及成形速度过快。
粉末治金渗铜制作的基本技术和摩擦磨损性，近几年来被国内外大量的学者进行研究。
同时，美国多家公司都对液压系统进行广泛的研究，将液压技术运用到渗铜领域，如今渗铜钢零件逐渐取代了耐磨合金钢，同时在工作中已经取得了良好的实用效果。
但是我国液压系统的核心元件依旧是耐磨合金钢，国外先进的渗铜技术没有得到广泛的运用。
1 粉末治金法粉末治金法制作工序较为复杂，材料用量必须精确。
在粉末治金法的制作过程中，首先要通过液压系统进行压制、高温锅炉设备预烧。
渗铜制备中原材料需要准备销状一摩尔铁、二十二摩尔铜、零点八摩尔碳的试样和一摩尔铁、十四摩尔铜、零点八摩尔碳的试样，渗铜钢试样的原材料比例要按照下图表1配料比例进行配置。
渗铜钢式样的配料比例首先要以百分之五十的还原铁粉与百分之五十的雾化铁粉混合，作为原材料的基础材料。
然后再在混合粉末中添加百分之零点八的石墨粉和同样百分之零点八的硬脂酸锌，石墨粉和硬脂酸锌的单位都为质量分数，在制备样品中充当润滑剂的作用。
接着将基础材料和润滑剂进行混合，混合中运用V型混料机均匀压制，保证两种材料所压制的的铁粉压坯密度分别在六点四克每立方厘米、六点六克每立方厘米、六点八克每立方厘米三个数值之间。
再将铁粉压坯放入烧结炉中进行预烧结，温度调节到一千一百三十摄氏度，同时还要保温两小时。
锡对粉末冶金铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响孙忠刚;高飞;王德庆【摘要】采用粉末冶金的方法制备铜基摩擦材料，利用 GF150D 型定速摩擦试验机，研究摩擦速度为200～3000 r／min、制动压力为0.38～0.63 MPa条件下，锡的质量分数在0～14％范围内材料的摩擦学行为。
结果表明，材料中添加锡可明显提高材料的摩擦因数，其中锡质量分数为12％左右时材料的摩擦因数达到最高值，这是因为低锡含量时材料的强度不高使摩擦因数偏低，而锡含量过高时润滑作用增强，导致材料的摩擦因数降低；锡的质量分数在8％～12％范围对降低高速摩擦条件下的磨损率作用明显，这缘于合理的锡含量提高了材料的强度使材料的耐磨性提高；在低摩擦速度下，摩擦因数随着制动压力的增加而增加，而在高摩擦速度下，摩擦因数随压力增加而降低；在高速高压摩擦中，由于摩擦温度高以及第三体数量和基体软化程度与流动性的增加，导致摩擦因数降低。
%A Copper matrix friction material was prepared by powder metallurgy method,and the friction and wear prop-erties were investigated on GF150D friction fixed velocity tester,with tin content of 0~14% under the friction velocities range of 200~3 000 r/min and the brake pressures range of 0.38~0.63 MPa.The experimental results show that the fric-tion coefficient of the material is significantly improved with adding tin in the friction material,among which the friction co-efficient reaches the highest value when tin content is about 12%.It is because that lower strength of material at low tin content causes lower friction coefficient,while the function of lubrication is increased with over-high amount of tin,which results in the decrease of friction coefficient of the material.The content of tin in therange of 8%~12 %can significantly reduce the wear rate under the condition of high-speed friction,which is because that the material strength is improved and the wear durability is increased after adding the tin.The friction coefficient of the material is increased with increasing of brake pressure at low velocity,and is decreased with increasing of brake pressure at high velocity.Under condition of high velocity and great brake pressure,the third body quantity and matrix softening and plasticity are increased due to the in-creased friction temperature,and the friction coefficient is decreased.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(000)012【总页数】6页(P29-33,38)【关键词】铜基摩擦材料;锡;摩擦磨损;第三体【作者】孙忠刚;高飞;王德庆【作者单位】大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连 116028;大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连 116028;大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连 116028【正文语种】中文【中图分类】TH117.1铜基粉末冶金材料以其稳定的摩擦因数和良好的耐磨性被应用于高速列车的制动材料[1]。
湿式铜基摩擦材料湿式铜基摩擦材料是一种独特的复合材料，主要由铜基合金粉末、摩擦陶瓷粉末、聚合物树脂和润滑剂等组成。
这些原材料经过精密的配比和混合后，通过模压、烧结等工艺制成。
湿式铜基摩擦材料中的铜基合金粉末具有良好的导电性和导热性，摩擦陶瓷粉末可以增加材料的硬度和耐磨性，聚合物树脂可以提高材料的强度和韧性，润滑剂则可以降低摩擦系数，减少摩擦磨损。
湿式铜基摩擦材料的性能主要取决于原材料的选择和配比、加工工艺的控制以及材料的微观结构。
铜基合金粉末的选择一般考虑到其导电性和导热性，常用的有铝青铜粉、铝硅青铜粉、含锡铜粉等。
摩擦陶瓷粉末通常选择硼化硅、氧化铝、氧化锑等耐磨性好的材料。
聚合物树脂一般选择有机高分子树脂，如聚酰亚胺、聚四氟乙烯等。
润滑剂可以选择固体润滑剂或石墨等。
湿式铜基摩擦材料经过加工之后，其微观结构会影响材料的性能。
一般来说，材料的致密性、结晶度、晶粒大小等因素都会对材料的硬度、耐磨性、抗疲劳性等性能产生影响。
为了获得良好的性能，需要合理控制加工工艺，如烧结温度、压制压力、热处理工艺等。
湿式铜基摩擦材料具有许多优良的性能，主要包括以下几个方面：1. 良好的耐磨性：湿式铜基摩擦材料中的摩擦陶瓷粉末具有高硬度和耐磨性，可以有效地降低摩擦系数，延长摩擦件的使用寿命。
2. 优异的导热性：铜基合金粉末具有良好的导热性，可以快速将摩擦产生的热量传导出去，避免摩擦部位过热引起的故障。
3. 良好的抗腐蚀性：铜基合金粉末具有良好的抗腐蚀性，可以在潮湿、腐蚀性环境中使用，延长设备的使用寿命。
4. 低摩擦系数：润滑剂的加入可以降低摩擦系数，减少能量损失，提高设备的效率。
5. 良好的自润滑性：润滑剂的存在可以减少摩擦磨损，并形成一层保护膜，减少金属间的直接接触，降低摩擦磨损。
湿式铜基摩擦材料的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 摩擦件：湿式铜基摩擦材料可以制成各种形状的摩擦片、磨料片、磨损块等，用于汽车、机械设备、航空航天等领域的摩擦件。
Cu基粉末冶金摩擦元件接触压力仿真与试验王延忠;郭超;宁克焱;韩明【摘要】To calculate the contact pressure of friction pair, a 3-D finite element friction model of sintered bronze is established by simplifying the structure of clutch. Accurate contact pressure distribution of friction pair is obtained by the study of friction characteristics. The distribution results and main reasons of contact pressure are analyzed by evaluating the data of radial and circumferential directions. To verify the computation and confirm the contact pressure dynamic change under sliding friction condition, the dynamic friction element contact pressure experiment is designed. The experiment is based on the strain measuring technology, the measurement points are calibrated, the strain data is collected and the pressure curves are drawn. The simulation and experimental results show that the friction pair contact pressure is uneven on radial and circumferential directions. Radial direction distribution is influenced by loading structure. The influences of circumferential direction are elasticity modulus, groove and roughness etc. Dynamic measurement curves of contact pressure show obvious cyclic quality. Contact pressure tends to be more uniform along with load increase.%为准确获得摩擦副接触压力在Cu基粉末冶金摩擦片接合过程中的动态分布情况,简化离合器结构,建立Cu基粉末冶金摩擦结构压力仿真分析3-D有限元模型,获得摩擦元件接触压力分布结果,并分析造成径向和周向压力不均的主要原因.为进一步验证压力仿真的准确性,并确定摩擦元件滑摩状态下的接触压力动态变化,设计并实现了通过应变测量间接反推获得摩擦元件接触压力的动态测试试验.进行各个测量点的标定并绘制标定曲线,完成应变值的采集.仿真和试验结果表明:摩擦副的径向和周向均存在接触压力分布不均的现象;径向压力分布关系主要受加载结构影响;周向分布关系的主要影响因素为弹性模量、沟槽结构和表面不平度等;摩擦副滑动过程中接触表面动态压力分析表明,接触压力动态测量曲线有明显的周期波动,随着外载荷的增加,接触压力总是趋向于更加均匀的分布状态.【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》【年(卷),期】2018(050)001【总页数】7页(P134-140)【关键词】接触压力;Cu基粉末冶金;摩擦片;动态压力测量;离合器【作者】王延忠;郭超;宁克焱;韩明【作者单位】北京航空航天大学机械工程学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程学院,北京100191;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室(中国北方车辆研究所) ,北京100072;中国北方车辆研究所车辆传动重点实验室(中国北方车辆研究所) ,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TH117大功率Cu基粉末冶金摩擦材料在高能量密度传动系统中得到了广泛应用. 压力边界对静摩擦因数和滑动摩擦因数均存在较大影响[1]，但是在摩擦过程中加载的压力与摩擦表面实际产生的接触压力往往产生偏离[2]. 国内外很多学者在摩擦元件压力边界仿真与测量方面进行了大量的研究，提出了很多模型与假设，同时也进行了大量的实验验证. Lou等[3]分析了工作条件、压力特性、应变场耦合等因素，构建了在瞬态条件下摩擦过程动力学模型. Greenwood等[4]在1966年就提出了名义接触面积的概念，从微观角度研究了粗糙面高度的分布和压力分布特性的关系；1991年Majumdar等[5]提出了基于分形特征来描述接触表面接触特征的模型来探讨压力与接触的相互关系；1994年Wang等[6]针对M-B模型做出了相应的改进和修正. Dubois[7]等考虑了接触压力和有效的塑性应变的渗透性对摩擦变化的影响，并进行了三维有限元模拟；Derler等[8]研究了食指垫接触压力分布对摩擦的影响. Xiao等[9]、Imado等[10]研究了摩擦因数对一些聚合物轴承在干燥和润滑条件下的销盘滑动试验，发现接触压力分布在很大程度上影响润滑条件下的摩擦因数. Haviland[11]、Evans等[12]和Holgerson等[13]通过SAE制动试验初步研究了湿式离合器接合过程的摩擦特性，发现制动过程中压力边界在黏着摩擦、混合摩擦等多种摩擦机理下对摩擦特性都有较大影响. Hohmann等[14]利用ADINA7.1分别对汽车鼓式制动器和盘式制动器进行了分析，得出了制动器接触表面的压力分布，但是缺少有效的测试手段对其结论进行验证. 传统的摩擦副压力测量方法，如接触压痕法[15]是以摩擦元件相对静止为前提的. 但是实际上摩擦片总是工作在相对滑动过程中. 这时的接触压力是一个动态变化的值.目前，对于名义接触压力与真实接触压力的偏差关系、接触压力与施加载荷的关系以及接触压力的精确测量等方面的研究还存在欠缺. 本文所提出模型以及验证模型的测试方法能够计算和测量摩擦副的动态接触压力. 接触压力分布状态的精确获得可以帮助研究者更容易判定摩擦元件表面易失效部位，了解局部摩擦特性，避免局部摩擦过热，优化结构设计等.名义接触面积与实际接触面积的差异造成了接触压力的不同. 这是因为现在的摩擦元件设计一般不考虑材料变形、加载结构、表面形貌以及一些表面附属结构(沟槽)等对于压力的影响. 但实际上这些因素不仅影响接触压力，也影响局部摩擦特性.本文以离合器Cu基粉末冶金摩擦元件为研究对象，通过建立简化模型，获得了摩擦副接触表面压力分布仿真结果.为了精确获得摩擦副接触压力的分布状况，首先要从离合器结构入手. 离合器主要由若干组环形的摩擦片和对偶片(摩擦片主动，对偶片从动)、活塞、加压板、花键穀、外毂等组成，如图1所示. 摩擦片和对偶片间隔排列，摩擦片通过内齿渐开线花键与离合器花键毂周向固定，对偶片通过外齿渐开线花键与外毂相连. 离合器活塞通过推动加压板将一系列摩擦片和对偶片压紧，实现离合作动. 其中的加压板、摩擦结构和挡圈等对摩擦副表面压力分布起到了决定性的作用.针对履带车辆变速箱中摩擦式离合器的结构，保留加压板、摩擦片和对偶片后的简化摩擦元件加载接触分析模型如图2所示. 其中包括加压板、四对摩擦副、止动片和挡圈. 下部为通过油缸推动的加压板，中间为Cu基粉末冶金摩擦片和对偶片，上部为止动片. 外载荷F使得加压板推动摩擦片和对偶片相互贴合压紧. 止动片被挡圈固定，用来限制摩擦副的轴向串动.图3为模型仿真的载荷与边界条件设置示意图.止动挡圈采用全约束，将摩擦副从下到上进行编号，加压板为1#对偶片，摩擦副和加压板Y方向不可移动，X方向允许有位移u的轴向串动. 各个元件的材料参数如表1所示，材料的设置与实际情况相同. 止动片、对偶片和摩擦片芯板材料采用30CrMnSiA材料，摩擦片表面烧结材料为Cu基粉末冶金.加载条件为0～2.0 MPa载荷，每0.1 MPa加载一次，得到不同载荷下加载接触仿真分析结果,并获得了摩擦片的压力分布云图. 图4为2.0 MPa面力载荷下的有限元模型横断面接触压力分布云图.如图5为部分摩擦副的仿真云图. 可见摩擦片表面压力分布差异明显，说明由于止动挡圈与加压板的共同作用，摩擦副表面接触状态产生局部变化. 名义接触压力与实际接触压力产生偏离，这种分布变化会随着油缸底片刚度的增大而减小，随着摩擦片半径的增大而增大.摩擦元件周向压力出现差异，对于2#对偶片，内环最高压力为16.5 MPa.图6所示为定义摩擦片的径向方向以及对应试验测点的分布(参考图11)，分别定义了内、中、外3个周向仿真数据采集位置.取任意的10个径向方向，每1 mm取点一个，计算10条径向方向的平均值，并绘制径向平均接触压力分布曲线如图7所示. 压力分布总体上呈现内大外小的趋势，但最外侧压力有所增大，这主要是挡圈等结构造成的.将摩擦副周向分为12等份(每份30°). 取相同环带上的任意3个点的平均值作为该环带的平均接触压力值(参见图6). 绘制了2.0 MPa载荷下，周向平均接触压力的线性拟合曲线如图8所示. 图中横坐标代表了沿圆周方向的12个划分区域. 周向环带接触压力波动明显，说明沟槽等表面附属结构对接触压力影响较为明显.为了与仿真结果进行对比，本文设计了接触压力的动态测量方法，进一步测量与验证摩擦元件接触压力分布结果.通过贴于对偶片盲孔底部(对偶片及孔结构见图9)应变片的应变量，间接测量出摩擦片接触压力. 试验通过对偶片非打孔表面的加压以及摩擦，动态采集接触面的应变量. 测试过程瞬时温度较高，有润滑油参与冷却.试验原理是将压力载荷对于材料变形过程作为测量采集的变量，采用应变调理器和DASP信号处理仪等将测量信号进行处理，获取试样表面应变数据，进而通过对测量点的标定确定出不同压力状态下所对应的应变状态值，最终对应获得摩擦片测点处的接触压力值. 将各应变片贴于对应的孔内，孔直径8 mm，孔深3 mm，每处点分成内(用I表示)、中(用M表示)、外(用O表示)3层，周向分布共计24个点，将各个测点进行编号，各点的分布如图10所示. 开槽深度3.25 mm，开孔直径8 mm，采用应变片为120 Ω，两线3AA应变片，采用四分之一桥路进行连接.由于试验需要，必须要在对偶片背面打应变测量孔，以粘贴应变片. 打孔部位、孔深和应变片的粘贴必然会存在细微的差别. 所以为了更加精确的测量压力，本文设计了测量点的标定过程.标定试验一方面是为了消除应变孔的加工误差；另一方面是由于测量结构较为复杂，难以通过数值计算的方式获得接触压力的计算结果，所以必须通过各测点的标定试验来完成，其标定装置如图11所示. 压板与丝杠相连推动压头给对偶片相应区域加载，加载力会通过压力传感器显示，从而确定载荷. 每一个测量点的标定数据会通过采集仪输入到计算机当中，再通过信号解析获得应变信号.试验采用阶梯加载的方法，通过加载丝杠分别对测量点加载已知的标准载荷，然后对应变片采集的应变数据进行记录，从而获得了已知压力所对应的各测点的应变关系.静态加压是指试验台只有轴向载荷，摩擦元件不发生转动. 动态加压是指既存在轴向载荷，也存在周向转动的试验工况. 为防止温度对试验的影响，本试验采用3AA 温度自补偿型高温应变片，试验台电机功率305 kW，试样外直径406 mm,内直径356 mm,厚度4 mm，材料硬度35～42 HRC. 试验过程油温：40 ℃，冷却油流量6 L/min.静态加载工况：对应仿真的加载条件，试验载荷从0～2.0 MPa，每0.1 MPa加载一次，每个工况分别进行3次测量.动态加载工况：试验转速分别为400、600、800 r/min，施加载荷分别为29 000、58 000 N，分别对应摩擦片上1 MPa和2 MPa压力.信号采集系统的采样频率20 kHz，应变有效范围0～20 000 με，应变测量精度1～3 με，采样点为24个. 摩擦副材料的各项参数见表1所示.静态压力测试数据结果曲线如图12所示，横坐标为测点编号，纵坐标为对应的测量压力值. 由图中可以清楚地看出各个点在加载压力变化的情况下实测接触压力变化. 主要存在压力过大的点在2点附近、6点附近和11点附近.本文计算了各个环带的平均接触压力，取径向方向的接触压力值相比较，将试验点内、中、外各环带相同载荷的测量值分别取其平均值，绘制出接触压力径向变化曲线，如图13所示，横坐标为离合器试验台施加的载荷，纵坐标为摩擦副的接合面测量获得的接触压力.通过曲线可以看出，施加载荷与摩擦副之间获得真正接触载荷是不同的，这与之前通过仿真获得结果相对应. 各个测点之间、内外层测点之间差异变大，说明在较低载荷下接触压力的分布较为均匀，随着载荷的增加环带之间的差异越来越明显.本文对比了2.0MPa载荷下的接触压力的周向仿真值与测量值. 将图8的仿真数据点与静态接触压力试验曲线相对比(如图12所示). 图14所示为对比结果，内圈测点的试验值在11点处较大，在10点和12点处较小. 这可能是由于11点附近存在表面微凸点造成的，微凸点承担了该点附近的大部分载荷，所以同时造成了其它点承担接触力较小的情况. 所以11内侧点附近极为容易造成压力过高，摩擦热过大，从而发生烧蚀等情况.根据图14计算了仿真值与试验值的相对误差. 图15为不同环带的周向相对误差，由于仿真模型是考虑沟槽影响的，此处的相对误差较大的点应该是非模型因素造成的，比如：摩擦片制造过程的表面不平度，摩擦片摩擦受热之后产生的翘曲影响等. 这些因素是仿真难以模拟的.将各个点的相对误差取平均， 2.0 MPa下的平均相对误差值为21.7%，可见尽管个别点的相对误差较大，但是模型从总体上保持了较高的精度.动态测量过程中，通过信号采集仪获得了各个测点的应变数据，将试验数据带入标定曲线，计算获得了各个点的接触压力随时间的变化曲线，如图16所示. 在整个制动过程中接触压力呈现一定的周期波动，动态地反映了摩擦片旋转摩擦过程接触压力的周期变化.从各个测点的接触压力测试情况来看，摩擦片各测点变化相差较大，相同环带上的不同周向位置的点的压力差别明显，说明除了加压结构影响外，摩擦元件周向沟槽形式、制造误差等因素影响显著. 局部差异较为明显.单一曲线的周期变化幅度明显小于曲线与曲线之间的差异幅度. 所以说明摩擦元件加压结构影响强于摩擦表面局部接触状态的差异. 这与仿真获得的计算结果相一致. 试验对比了不同载荷下的动态接触压力变化情况，图17所示为测点5的对比曲线. 随着压力的增大，真实接触面积接近名义接触面积，压力的增加是通过所有接触点进行分担的. 接触压力较大的测点增量变化相对较小，说明该点所在的局部的单个接触点的接触状态较好.反之，接触压力较低的部位，接触情况较差，载荷增加所带来的接触压力的增大比较明显. 随着压力的增大，材料变形加大，同一接触位置的接触压力的分配总是向着更加均匀的趋势发展，所以压力较低部位的在外载荷增大情况下的变化更加明显.1)摩擦副接触压力分布并不均匀，径向压力呈现内大外小的分布，周向压力呈现波动变化. 径向分布主要与加压板和挡圈组成的加载结构有关.2)相同环带上的不同周向位置的点的压力差别明显，说明除加载结构外，沟槽、制造误差的影响显著.3)在接合过程的中期接触压力的周期变化明显，初始和结束时较为平稳；并且摩擦元件加载结构影响强于其他因素.4)同一测量点处的接触压力在载荷增大时会趋向于更加均匀的分布.王延忠(1963—)，男，教授，博士生导师.【相关文献】[1] 王延忠,魏彬,宁克焱,等.铜基粉末冶金摩擦材料调速制动摩擦系数试验[J]. 哈尔滨工业大学学报，2014, 46(1): 116-120.WANG Yanzhong,WEI Bin,NING Keyan, et al.Friction coeffi-cient speed-controlexperiment of Cu-based wet sintered friction material[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2014, 46(1): 116-120.[2] WANG Yanzhong, WEI Bin, WU Xiangyu. Wet friction-element boundary friction mechanism and friction coefficient prediction[J]. Tribology in Industry, 2012,34(4): 198-205. DOI:10.1036/1097-8542.272600.[3] LOU Feiyan, LIU Hailiang. The simulation analysis of thermo-mechanical coupled stress for wet clutch friction plate based on ABAQUS[J]. Sensors & Transducers, 2013, 161 (12): 545-553.[4] GREENWOOD J A, WILLIAMSON J.B.P. Contact of no-minally flat surfaces[J]. Proceedings of the Royal Society A, 1966, 295: 300-319. DOI:10.1016/0043-1648(67)90287-6.[5] MAJUMDAR A., BHUSHAN B. Role of fractal geometry in roughness characterization and contact mechanics of surfaces[J]. Transactions of ASME, Journal of Tribology, 1990, 112: 205-212. DOI:10.1115/1.2920243.[6] WANG S, KOMVOPOULOS K. 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DOI:10.13624/ki. issn.1001-7445.2016. 0707.QI Youwei,CHEN Man,CHEN Fei. Study of real contact area model of friction pairs in clutches[J]. Journal of Guangxi University(Nat Sci Ed), 2016, 41(3): 707-713.。
Cu基粉末冶金摩擦材料激光熔覆及摩擦特性研究
李杰;顾佳玲
【期刊名称】《热加工工艺》
【年(卷),期】2024(53)2
【摘要】针对传统烧结压制成型的离合器摩擦片磨损率过高和摩擦层粘结稳定性不足而引起的脱落等问题,采用激光熔覆工艺制造方法,选取Laserline LDF 6000-100半导体激光器,对铜基粉末冶金摩擦材料的熔覆层进行制备。
对制备的摩擦片进行了SEM测试与分析,并应用MM-3000型性能试验机进行摩擦性能和磨损试验测试,研究了经激光熔覆工艺制备的湿式离合器在典型工况条件下的摩擦特性。
结果表明:经激光熔覆技术制备的摩擦层组织致密、无明显裂纹缺陷,具有良好的耐磨性能,相较于烧结压制工艺摩擦片磨损率降低了59.76%;不同接合压力下的最大滑摩功均随转速的增加而增加;摩擦转矩在离合器完全结合后能迅速达到最大值,此时等效摩擦系数也相应达到极值。
【总页数】6页(P140-144)
【作者】李杰;顾佳玲
【作者单位】北京建筑大学机电与车辆工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG174.4;U463.22
【相关文献】
1.铝合金表面激光熔覆Cu基复合涂层的组织及摩擦磨损性能
2.宽带激光熔覆WCP/Ni基合金梯度复合涂层组织与摩擦磨损特性
3.Ti6Al4V表面激光熔覆原位自生TiC颗粒增强钛基复合材料及摩擦磨损性能
4.石墨表面金属包覆处理对Cu基粉末冶金摩擦材料制动摩擦学行为的影响
5.激光熔覆ZrB_(2)-SiC增强Cu基复合涂层的微观结构与摩擦学性能
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第27卷 第5期摩擦学学报Vol27, No5 2007年9月T R I B OLOGY Sep,2007镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究焦明华,尹延国,俞建卫,解 挺,杜春宽,刘 (合肥工业大学摩擦学研究所,安徽合肥 230009)摘要:采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察了不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能.结果表明:在载荷20～60N条件下,含6%(质量分数)石墨的铜基复合材料经历了轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;石墨颗粒表面镀镍可以提高石墨与铜合金基体的界面结合强度以及磨损过程中所形成的转移层与基体间的粘附性能,含6%镀镍石墨的铜基复合材料的自润滑性能得到改善,只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.关键词:铜基复合材料;镀镍石墨;摩擦磨损性能中图分类号:T H117.3文献标识码:A文章编号:100420595(2007)0520492205 铜基石墨自润滑复合材料具有抗氧化、耐腐蚀及磨合性能好等优点,在无油及少油条件下得到广泛应用[1～5],然而,由于铜与石墨不相容,其界面结合力弱,制约了铜基石墨自润滑复合材料力学性能及摩擦磨损性能的提高.研究表明[6～8],石墨粉表面镀铜有利于固体减摩润滑膜的形成而提高润滑减摩性能,但对相关铜基石墨自润滑材料的摩擦磨损性能研究还缺乏系统性,尤其是采用镀镍石墨改善铜基石墨自润滑材料的摩擦磨损性能研究还鲜有报道.本文作者分别选择普通石墨和镀镍石墨,采用粉末冶金复压复烧工艺制备铜基石墨复合材料,考察不同载荷条件下铜基石墨复合材料的摩擦磨损性能与作用机理.1 实验部分1.1 材料制备复合材料基体主要由粒度0.075mm的6.521青铜合金粉组成,适量添加镍和铁等合金元素增强,选用粒度为0.043mm的石墨作为固体润滑组元.镀镍石墨粉采用碱性化学镀镍工艺制备[9,10],试样采用粉末冶金复压复烧工艺制备,具体工艺为:将6.521青铜合金粉、镍粉、铁粉及石墨粉按质量分数(全文同)为75%～90%、3%～15%、1%～5%、0%～10%进行精确称重配比并充分混合均匀,将混合后的粉料装入刚性压制模具中,冷压成一定质量及形状的压坯,压制过程中,均匀缓慢加压和释压,以便使气体能够顺利排出并保证粉末在型腔中充分压实,一次压制压力为300～500MPa;压坯经350～400℃、2h的予氧化,然后在连续网带烧结炉中进行高温烧结,高温烧结温度为830～880℃,烧结时间2h,采用氨分解气体(N2、H2)为保护气氛;烧结后的样品再经600～800MPa复压以减少材料中的显微疏松,并经750～820℃复烧.1.2 试验方法铜基石墨自润滑复合材料的干摩擦磨损试验在大越式OAT2U型摩擦磨损试验机上进行,摩擦副为环2块接触方式,对摩环用Cr12钢(尺寸为<30mm ×4mm),硬度为55～60HRC,试样尺寸为10mm×10mm×22mm,试验前10mm×22mm的工作面均经金相砂纸打磨至表面粗糙度Ra为0.8μm.试验条件为:滑动速度0.52m/s,滑动距离为800m,载荷为10～60N,室温,干摩擦条件下.在原试验机上增加摩擦力检测装置,利用拉力传感器和二次仪表检测摩擦力的实时变化,再由摩擦力计算出动态摩擦系数.用精度为0.001mm的读数显微镜测量试样的磨痕宽度,取3～4次结果的平均值作为试验结基金项目:科技部中小企业创新基金资助项目(05C26213400836);安徽省重点科技攻关计划资助项目(0701*******);安徽省自然科学基金资助项目(070414180);合肥工业大学青年创新群体基金资助项目(1022037023).收稿日期:2007201216;修回日期:2007204212/联系人尹延国,e2mail:yyguo2345@作者简介:焦明华,男,1956年生,副研究员,目前主要从事自润滑复合材料研制及其摩擦磨损性能研究.果,由磨痕宽度计算磨损体积损失及磨损率.采用铁谱显微镜、扫描电子显微镜(SE M )及能谱仪(E DS )观察分析试样的组织结构、磨痕表面形貌及其成分.2 结果与分析2.1 石墨含量对复合材料摩擦磨损性能影响在载荷分别为20N 、40N 和60N 时铜基自润滑材料的摩擦磨损性能如图1和图2所示.可以看出, Fig 1 Fricti on coefficient of the ficti on coup les图1 摩擦副的摩擦系数Fig 2 W ear rate of copper 2matrix composites图2 铜基复合材料的磨损率不含石墨时,粉末冶金6.521青铜(简称6.521青铜)与Cr12钢直接接触,摩擦副的摩擦系数较大,载荷为40N 和60N 时的磨损率最大.而由于复合材料中含有石墨,磨损过程中能够形成减摩润滑层,所以其摩擦系数和磨损率明显减小.当载荷为20N 时,随着石墨含量增加,减摩润滑效果增强,摩擦系数和磨损率逐渐减小,其中含10%石墨的铜基复合材料的磨损率及摩擦系数最低,其磨损率相当于6.521青铜磨损率的1/10左右,具有良好的减摩耐磨性能.当载荷为40N 、石墨含量低于8%时,随着石墨含量增加,复合材料的磨损率与摩擦系数有所降低,变化趋势与20N 时基本相同,摩擦系数甚至比20N时还小;而当石墨含量大于8%时摩擦系数反而增大,尤其是复合材料的磨损率增幅明显,自润滑性能变差.载荷为60N 时,摩擦系数明显升高,此时复合材料的磨损率已超过6.521青铜,自润滑作用显著下降.图3(a )所示为载荷60N 时与6.521青铜配副 (a )p =60N(b )w =2%,p =20N(c )w =10%,p =60NFig 3 SE M i m ages of worn surfaces of copper 2matrixcomposites and their counter parts图3 铜基复合材料及其偶件的磨痕表面形貌SE M 照片的偶件钢环磨痕表面形貌SE M 照片.可见钢环的磨痕表面出现明显的粘着转移物,这是由于摩擦副在磨损过程中为金属间直接接触,其磨损机制以粘着394第5期焦明华等: 镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究磨损和磨粒磨损为主.图3(b )为含2%石墨铜基复合材料于20N 时的磨痕表面形貌SE M 照片.可见,表面有轻微粘着和明显的犁沟痕迹,这是由于复合材料中石墨含量较低,摩擦过程中由复合材料内部向表面转移的固体润滑剂不够充分,不能形成完整的固体润滑膜,局部区域可能存在润滑不良.当石墨含量增至10%、载荷增至60N 时,铜基复合材料的磨损严重,表面犁沟、切削痕迹较深,石墨在表面没有形成润滑膜[图3(c )].这是因为当石墨含量较高时,复合材料的强度和硬度降低,在高载荷下易发生较大的塑性变形[4],使石墨难以在复合材料表面形成固体润滑膜.因此,应根据使用工况选择合适的石墨含量,以实现材料强度与自润滑性能的统一.2.2 石墨表面镀镍对复合材料摩擦磨损性能影响图4和图5分别为石墨表面镀镍在不同载荷下 Fig 4 Fricti on coefficient of the fricti on coup les图4 摩擦副的摩擦系数Fig 5 W ear rate of the composites图5 铜基复合材料的磨损率铜基复合材料的磨损率和摩擦系数.可见:不含石墨的6.521青铜摩擦副的摩擦系数较大,处于0.40以上,磨损率也较高;铜基石墨复合材料的摩擦系数明显减小,一定载荷内磨损率较低,体现了铜基石墨自润滑复合材料在润滑减摩方面的优越性.随着载荷增加,铜基石墨复合材料与6.521青铜的磨损率逐渐增大,而载荷对摩擦系数的影响较小,且呈现先降后升的变化趋势:当载荷小于40N 时,其摩擦系数逐渐减小、磨损率增加缓慢,在5×10-4mm 3/m 以下,属于轻微磨损,较6.521青铜的磨损率低;当载荷处于40～50N 时,含6%石墨铜基复合材料的摩擦系数逐渐增大而且磨损率增加幅度较快,为1×10-3mm 3/m ,属于中等磨损,但相对6.521青铜而言,其摩擦系数和磨损率仍较低,仍可起到自润滑减摩作用;当载荷大于50N 后,6%石墨铜基复合材料的磨损率增幅加快,达到1×10-3mm 3/m 以上,并逐渐超过6.521青铜的磨损率,属于严重磨损,其摩擦系数也明显增大,复合材料的自润滑作用明显减弱.含6%镀镍石墨铜基复合材料的摩擦磨损性能变化规律与6%石墨铜基复合材料基本相同,但其减摩耐磨性能明显提高.当载荷小于40N 时,其磨损率随载荷增大的变化趋势非常平稳,几乎与载荷无关,磨损较轻微;当载荷大于40N 后,磨损率增幅加快,直至载荷为60N 时复合材料的磨损率仍较低,在1×10-3mm 3/m 以下,属于中等磨损,仍具有较好的自润滑作用,当60N 时其摩擦系数仍处于较低值(0.23),与6%石墨铜基复合材料在载荷40N 时的摩擦系数相当.表明石墨粉镀镍可以使复合材料由低磨损率向高磨损率转变的载荷增加,明显提高复合材料的承载能力.在本文试验载荷范围内,6%镀镍石墨铜基复合材料只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.表1列出了60N 时复合材料磨损表面合金元素的E DS 分析结果.可见:6.521青铜摩擦副易发生粘着磨损与氧化磨损,其磨损表面Fe 和O 元素的含量比较高,对Cr12钢环损伤较大;而复合材料的磨损表面,特别是镀镍石墨铜基复合材料磨损表面C 含量较高,Fe 、O 含量相对较低,对Cr12钢环的损伤较低.另外,6.521青铜磨损表面的C 是由E DS 分析误差造成的.图6所示为铜基石墨复合材料的金相组织显微照片.可以看出:由普通石墨制备的复合材料,石墨和铜合金基体界面结合较差,结合处有明显的缝隙,对基体的割裂作用非常显著;由镀镍石墨制备的复合材料,石墨和铜合金基体界面的结合得到改善,铜基石墨复合材料的力学性能明显提高[9].同时,由镀镍石墨形成的固体润滑膜与基体材料的附着性更好,结合强度较高,固体润滑膜不易破裂脱落[10].相494摩 擦 学 学 报第27卷表1 复合材料磨损表面的E D S 分析结果(质量分数)Table 1 E D S ana lysis of the wear surfaces of co m posites% CuN i Sn Zn C O Fe Rest 6.521copper 52.217.08 4.61 4.168.6712.65 6.72 3.906%Gr composite47.39 6.53 3.59 3.5024.967.89 3.96 2.186%Gr N i composite42.295.862.642.7638.734.171.871.68对于普通石墨铜基自润滑复合材料而言,镀镍石墨铜基自润滑复合材料形成的固体润滑膜更完整,润滑减摩效果更好,摩擦系数低而稳定.图7所示为载荷60N下复合材料磨痕表面形貌SE M 照片.可以看出:6%镀镍石墨铜基复合材料磨损表面的固体润滑膜较完整、光滑,表面只有轻微的犁沟痕迹,由于润滑膜质软、镶嵌性能好,表面有一些硬质金属磨粒镶嵌其中;而6%普通石墨铜基复合材料磨损表面的固体润滑膜已破裂,虽然局部区域还保留残存润滑膜,但无润滑膜区域的磨损严重,表面有较深磨粒磨损引起的磨痕和犁沟,存在大的剥落坑,为基体严重塑性变形、表层材料开裂及剥落的结果,是进入严重磨损的典型标志.可见石墨表面镍镀层可以提高铜基石墨复合材料的强度与韧性,使基体材料的抗塑性变形能力增强,同时石墨与基体结合更牢靠,所形成的自润滑膜不易脱落且更加完整,从而改善了复合材料的自润滑性能,使其能够在更高载荷下使用.3 结论a . 在载荷为20～40N 条件下,铜基复合材料中石墨含量以6%～8%为宜,其耐磨性和自润滑效594第5期焦明华等: 镀镍石墨粉与铜基自润滑材料摩擦磨损特性研究果较好.b. 石墨表面镍镀层可以使石墨与基体结合更牢靠,所形成的自润滑膜不易脱落且更加完整,使复合材料的自润滑性能得到改善.在所试验的载荷范围内,6%石墨铜基复合材料经历了从轻微磨损、中等磨损到严重磨损3个过程;而6%镀镍石墨铜基复合材料只经历了轻微磨损和中等磨损2个过程.参考文献:[1] Sadykov F A,Barykinnp,A slanyan L R.W ear of copper and itsall oys with subm icr ocrystalline structure[J].W ear,1999,2252 229:6492655.[2] 王静波,吕晋军,宁莉萍,等.锡青铜基自润滑材料的摩擦学特性研究[J].摩擦学学报,2001,21(2):1102113.W ang J B,Lv J J,N ing L P,et al.Study on tribol ogical behavi orof br onze2matrix self2lubricating composites[J].Tribol ogy,2001,21(2):1102113.[3] 宁莉萍,王齐华,王琪,等.锡青铜网增强锡青铜基自润滑复合材料的机械和摩擦学性能研究[J].摩擦学学报,2003,23(5):3802384.N ing L P,W ang Q H,W ang Q,et al.Study on 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The results sho w that the wear p r ocess of Copper matrix composites with6%wt graphite had three typ ical stages,i.e.,slight wear stage,mediu m wear stage and severe wear stage under the l oad bet w een20N and60N.W hen the graphite particles were coated with nickel,the interfacial combinati on bet w een graphite and Cu2matrix was i m2 p r oved,and the lubricating transfer fil m s for med during the wear p r ocess,s o they exhibited better anti2adhesi on perfor mance with Cu2matrix.The self lubricating p r operties of Cu2matrix composites containing6%wt graphite coa2 ted with nickel were increased,and the wear p r ocess of the composite had only t w o typ ical stages,na mely slight wear stage and mediu m wear stage.Key words:Cu2matrix composite,graphite coated with nickel,fricti on and wear behavi orAuthor:J I A O M ing2hua,male,born in1956,A ss ociate Researcher,e2mail:j m h2@ 694摩 擦 学 学 报第27卷。
