FeSO4对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

写一篇铁含量对铜―铁基摩擦材料性能的影响的报告，600字
铜―铁基摩擦材料的性能受到铁的含量的影响。

本报告介绍了这一影响，并且详细分析了不同铁含量对铜―铁基摩擦材料性能的影响。

铜―铁基摩擦材料由铜和铁共同制成，具有优异的耐磨性、耐腐蚀性和高强度等特点。

增加铁的含量将提高材料的介电性能，抗氧化和耐热性能也会有所增强。

但是，随着铁含量的增加，摩擦系数和耐磨性也会降低，过多的铁将会显著降低材料的表面硬度和抗磨性，使得材料效果变差。

实验表明，当铁含量为85%时，铜―铁基摩擦材料在摩擦中
的磨损行为更为复杂，摩擦系数最高，但随着摩擦时间的增加，性能也会显著降低。

而当铁含量提高到95%时，铜―铁基摩
擦材料的摩擦系数虽然明显下降，但其耐磨性明显比85%的
材料好得多，即使在长时间的摩擦中，也能保持一定的磨损程度。

此外，铁含量过高会增加材料的热膨胀系数，使材料在摩擦过程中的表面温度显著升高，影响了材料的韧性。

并且，较高的铁含量会增加材料的非晶硬化，进一步影响其耐磨性。

综上所述，铁含量对铜―铁基摩擦材料性能有着重要的影响，当铁含量大于90%时，摩擦材料的性能将会急剧降低。

因此，在进行摩擦材料的设计制造时，需要在合理范围内控制铁的含量，以保证它的性能。

2001年7月Non-MetaIIic MinesJUI y ，!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2001铜含量对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响"姚萍屏熊翔黄伯云袁国洲（中南大学粉末冶金国家重点实验室，长沙410083）摘要讨论了大范围内铜含量（0%~30%，质量份数）对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响和材料的摩擦磨损机理，结果表明：不含铜时，材料的摩擦因数和磨损量均较大，磨损机理主要为粘着磨损；添加铜后，材料的摩擦因数和磨损量均有所下降，疲劳磨损为主要机理；当铜含量升高到有大量游离铜存在时，材料的摩擦因数和磨损量逐渐增加，磨损机理又主要体现为粘着磨损。

关键词粉末冶金航空刹车材料铜含量铁基摩擦因数粉末冶金航空刹车材料，是随着航空运输业的发展而发展起来的［1］。

在20世纪40年代，由于喷气式发动机的出现，机速和质量提高了一倍以上，制动时的动能转换明显提高，摩擦表面温度也提高了3~4倍，表面瞬时温度达1000C 以上。

原来使用的石棉材料由于其中的有机化合物的热分解，会导致材料变质，产生严重的热衰退现象（摩擦因数迅速下降）、损坏对偶材料和增加磨损［2］，因此，人们开始寻找新的刹车材料［3］。

由于粉末冶金刹车材料能在相当高的温度和压力下具有良好的耐磨性和耐蚀性，因此从二战起，粉末冶金航空刹车材料已得到应用［4］。

其中以铁及铁合金为基体的材料，应用在图-164、波音-737、苏-27等大型民航客机和高性能战斗机上［5］。

由于铁基材料中的铁和与之配对使用的对偶材料具有较大的亲和性，易发生粘着，常通过添加铜合金元素，降低铁基刹车材料的塑性，提高材料强度和硬度，从而提高材料的抗粘着性［4］。

作者主要探讨了0%~30%铜含量对铁基粉末冶金航空刹车材料摩擦磨损性能的影响，分析了其摩擦磨损机理的变化。

α-SiC的粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响孟康龙;姚萍屏【摘要】选取粒度为1 μm和10 μm的立方型6H α-SiC陶瓷颗粒,制备含碳化硅陶瓷颗粒的铜基粉末冶金摩擦材料.通过扫描电镜(SEM)观察分析该材料的摩擦表面和亚表面的显微组织形貌,研究α-SiC粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响.结果表明:α-SiC陶瓷颗粒的加入可显著降低铜基摩擦材料的磨损,并能有效抑制材料缺陷源处微裂纹的萌生和扩展.SiC陶瓷颗粒的粒度对铜基摩擦材料机械混合层的形貌和抵抗摩擦过程中剪切变形的能力有显著影响,10 μm α-SiC陶瓷颗粒能有效强化基体,显微硬度较不含α-SiC的材料提高1倍以上,表现出较优异的摩擦磨损性能,摩擦因数和摩擦因数稳定性最高,分别为0.31和0.58,磨损量最小.【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2010(015)003【总页数】6页(P294-299)【关键词】粉末冶金;摩擦材料;α-SiC;亚表面【作者】孟康龙;姚萍屏【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙,410083【正文语种】中文【中图分类】TF125.9铜基粉末冶金摩擦材料具有导热性和耐热性好、摩擦因数高以及耐磨损等特点，目前已被广泛用作航空飞机和高速列车的制动材料。

铜基粉末冶金摩擦材料通常由几种甚至十几种组元组成[1], 这些组元按其作用可分为基体组元、润滑组元和摩擦组元。

SiC颗粒具有强度大、弹性模量高、热膨胀系数低和价格便宜等优点，是金属基粉末冶金摩擦材料最常使用的摩擦组元之一。

目前，SiC对铜基复合材料摩擦磨损性能的影响报道较多[2-4]，但关于SiC粒度对铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦性能的影响鲜有报道。

SiC是1种典型的多型结构化合物，迄今为止已发现160余种晶体[5]。

繁多的SiC多型体中，以6H α-SiC最为常见，其应用也最为广泛。

基体铜的粒度对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响刘建秀;贾徳晋;樊江磊;吴深;邵建敏;张驰【摘要】采用粒度为270、150、106和75 μm的气雾化纯铜粉作为基体,通过粉末冶金热压烧结的方式,制备铜基摩擦材料.研究基体铜的粒度对材料的物理力学性能、材料组织和摩擦性能的影响.采用MM-3000摩擦磨损试验机测试3000~7000 r/min转速条件下材料的摩擦性能,结果表明:铜粉粒度从270 μm减小到75 μm时,材料的流动性变差,压坯密度降低,材料的硬度呈减小趋势,从18.5 HBW降到14.0 HBW.但是铜粉粒度为106 μm时,硬度反而增加为2.0 HBW.随着转速的升高,摩擦系数呈先增加后减小的趋势,粒度为106 μm的试样摩擦系数比较稳定,摩擦系数变化从0.336到0.348,磨损率也最低,在7000 r/min初速度下仅为47 mg.%Taken gas-atomized copper powder of particle size (270、150、106 and 75 μm) as bases, the copper-based powder metallurgy friction materials were prepared by hotpress sinter. Effect of copper powder particle size on mechanical properties, morphology and friction performance was evaluated by a MM -3 000 friction damage test machine. The rotation speed is 3 000~7 000 r/min,The results showed that the hardness decreases from 18.5 HBW to 14.0 HBW with decrease of copper powder particle size. The material has a biggest hardness of 22.0 HBW when the copper powder particle size is75 μm. The friction coefficient increases and then decreases with the rotation speed increase. The friction coefficient becomes more steady when the copper powder particle size is 75 μm.The friction coefficient increases from 0.336 to 0.348,and rate ofwear decreases either. It is only 47 mg when the rotation speed is 7 000r/min.【期刊名称】《材料与冶金学报》【年(卷),期】2018(017)001【总页数】6页(P69-74)【关键词】铜基粉末冶金;基体铜粒度;摩擦系数;磨损率【作者】刘建秀;贾徳晋;樊江磊;吴深;邵建敏;张驰【作者单位】郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000;郑州轻工业学院机电工程学院,郑州45 0000【正文语种】中文【中图分类】TG115;TF802从2009年12月26日中国首条高速铁路通车至2014年中国高速铁路营业里程已达1.6万公里，稳居世界第一[1].高速铁路的快速发展，需要我国的列车不断的提速.然而，速度增加1倍，制动功率就需要增加8倍来满足要求，但是，国产的摩擦材料摩擦系数微低，且稳定性不佳，难以满足高速列车的需要，目前主要依赖进口.为了实现高速列车摩擦材料的早日国产化，国内针对高速摩擦材料开展了大量研究.粉末冶金材料以其良好的导热性、稳定的摩擦系数、高耐磨性等优点，得到广泛应用[2].铜基粉末冶金摩擦材料以其组织均匀、导热性好、耐磨性高、摩擦系数稳定等优点，大量应用于快速列车的制动摩擦材料.目前国内铜基粉末冶金摩擦材料的性能还不能满足250 km/h 以上快速列车的严格要求，需要进一步提高摩擦材料的性能.影响铜基粉末冶金摩擦材料性能的因素主要是其成分和工艺.铜基粉末冶金摩擦材料主要是由基体铜、摩擦组元、润滑组元和稀有金属[3-5]通过粉末冶金的方法制成的金属基颗粒复合材料[6].大多数人都通过研究摩擦组元[7-12]、润滑组元[13-16]等成分，以及烧结温度[17-20]、压制压力[19-22]等烧结工艺来提高铜基摩擦材料的性能.但是，有关基体对铜基粉末冶金摩擦材料性能影响的研究还很少.本文主要研究基体铜的粒度对摩擦材料硬度、孔隙率、密度、组织和摩擦性能的影响，为改变国内快速列车刹车摩擦材料依赖进口的现状提供理论基础.1 实验1.1 材料制备按照表1的比例，在V型混料机中混料8 h，冷压后热压烧结，经保温及室温冷却后，制备出铜粉粒度为270、150、106和75 μm的试样，依次编号为：Cu50、Cu100、Cu200、Cu300.表1 铜基粉末冶金摩擦材料成分组成Table 1 Chemical composition of the copper-based powder metallurgy friction material成分粒度μm纯度质量分数%气雾化CuFeCr-Fe鳞片状石墨MoS2Sn270、150、106、757515015075≤15099．899899999．999．95715～1710～129～111～3余量1.2 性能测试使用布氏硬度仪测量烧结试样的硬度，在试样上取5个均匀分布的数据点，测出硬度取平均值.采用排水法，根据国标GB 5163-1985，计算试样的密度(ρ)以及孔隙度(θ).采用MM-3 000摩擦磨损试验台测试材料的摩擦性能，试样摩擦面由三个厚13～15 mm 的正方体组成，试验参数如表2所示.采用电子扫描仪(SEM)观察试样的组织形貌以及磨损表面的形貌.表2 摩擦磨损试验参数Table 2 Test parameters of friction and wear试样面积cm2有效半径cm制动初速度r·min-1制动压力MPa试验惯量kg·m23730000 550 243740000 550 243750000 550 243760000 550 243770000 550242 结果与讨论2.1 显微组织与力学性能表3为4种试样的硬度、密度和孔隙率.由表3可以看出，试样Cu50、Cu100、Cu300的密度随着铜粉粒度的减小而逐渐降低，原因在于随着铜粉粒度的减小，粉末的流动性能变差，导致压坯密度降低，烧结密度随铜粉粒度的减小而减小.随着铜粉粒度的减小，铜颗粒的总体表面积增大，由于润湿性的差异，表面的结合性能降低，孔隙率呈上升的趋势.试样硬度值的变化规律同烧结密度的变化保持一致，随着烧结密度的增加，硬度值呈上升趋势.但是，试样Cu200的烧结密度为5.23g/cm3、硬度为22.0 HBW，都高于试样Cu50的烧结密度4.99 g/cm3、硬度18.5 HBW，孔隙率为12.54%低于试样Cu50的孔隙率16.55%，其原因在于Cu50和Cu100试样的基体颗粒较大，材料其他成分的颗粒很多在150 μm以上，接触颗粒之间形成较大的空隙，成型烧结过程中，彼此进入对方空隙的效果差.Cu200试样的基体粒度则较小，由于颗粒尺寸间的差异，在成型烧结的过程中，相互填补彼此空隙的效果好.Cu300试样的基体颗粒虽小，但其流动性差，并不能达到填补彼此空隙的良好效果.所以试样Cu200中基体铜颗粒和其他组元颗粒之间形成了最佳配比，增加各组元之间的接触面积，使压坯密度升高，孔隙率降低，提高烧结密度和硬度.表3 各试样的物理和力学性能Table 3 Physical and mechanical properties of the samples试样编号硬度HBW密度(g·cm-3)孔隙率%Cu5018 54 991655Cu100154 9517 15Cu20022 05 2312 54Cu30014 04 9317 45图1为4种试样的组织形貌.其中大片浅灰色为金属基体铜，镶嵌在基体铜中的深灰色为金属Fe，棱角分明的暗灰色为金属Cr-Fe，黑色条状成分为石墨，Fe粉上分布的黑色点状物质为空隙.由图1可以看出,随着铜粉粒度减小，基体铜分布的均匀性越高，且连续性越好，这是由于粒度越小，铜颗粒之间的界面越容易结合.但是，Fe和Cr-Fe与基体铜的界面结合性先升高后降低，孔隙率呈先降低后升高的趋势，这是因为随着基体铜粒度的减小,Fe和Cr-Fe的扩散性能提高，在试样中分布越均匀，相互接触面积增大，结合性能增强，同时由于润湿性的差异，孔隙率增加.然而Cu200的孔隙率却最低，原因是铜颗粒和其他组元颗粒之间相互填补，增大了不同组元之间的结合面积，提高了整体的结合性能.摩擦时材料剥落大多都是从石墨层开始的，随着基体铜粒度的减小，鳞片状石墨逐渐由杂乱分布状态变为层状分布状态，且试样Cu200的石墨垂直于压制方向呈层状分布，可以从表面变形层挤出，均匀分布在摩擦表面，从而降低磨损.图1 试样烧结后的微观形貌Fig.1 Microstructures of the sintered sample with different copper particle size(a)—Cu50; (b)—Cu100; (c)—Cu200; (d)—Cu300.2.2 摩擦磨损性能图2为4种试样在初速度为 3 000、 4 000、 5 000、 6 000 和 7 000 r/min 下的平均摩擦系数变化曲线，可以观察到随着转速的增加，4种试样的平均摩擦系数大体呈现先增大后减小的趋势.随着粒度的增大，直接作用于摩擦面的颗粒越大，摩擦系数越大.随着转速的增大，在摩擦力和摩擦热的作用下，由于润湿性、孔隙的存在，材料中有颗粒脱落，镶嵌在表面的摩擦膜中，起磨粒的作用，在3 000～6 000 r/min 的初速度下，4种试样的摩擦系数随着转速增大而增大，其中Cu50、Cu100、Cu300三种试样的摩擦系数增幅较大，最高可达0.03，Cu200样品组织分布均匀，各组元结合性好，颗粒脱落较少，摩擦系数的变化比较稳定，仅为±0.1.转速在6 000～7 000 r/min的条件下，由于摩擦面温度不断升高，促使摩擦面产生一系列的塑性变形和氧化现象，形成一层氧化膜.氧化膜有效减少了摩擦材料与对偶的直接接触，所以4种试样的摩擦系数都有所减小.氧化膜的稳定直接影响摩擦系数的稳定性，随着基体粒度的减小，在摩擦力作用下颗粒的脱落程度降低，摩擦面破坏程度降低，摩擦系数更稳定.所以Cu50、Cu100、Cu300试样随着粒度的减小，摩擦系数的变化幅度呈减小趋势，Cu200试样的摩擦系数几乎不变，是因为Cu200的基体粒度小，同其他组元相互颗粒间容隙度小，分布更加均匀，起到夹持作用，减少颗粒脱落，使摩擦面更稳定.图2 试样在不同初速度下的摩擦系数变化曲线Fig.2 Friction coefficient curves with different rotation speeds图3 为4种试样在初速度为3 000、 4 000、 5 000、 6 000和7 000 r/min下的磨损率变化曲线，以试样每10次制动的面磨损量(mg)作为磨损率参数.由图3可以看出，随着转速的升高，磨损率呈增大的趋势.试样Cu50、Cu100、Cu300随着基体Cu粒度的减小，磨损呈降低的趋势，Cu200的磨损率最小，且磨损率波动最小.在5 000 r/min初速度时，最大相差15 mg，但在7 000 r/min初速度条件下最大相差却达到50 mg.图3 试样在不同初速度下的磨损率变化曲线Fig.3 Wear loss curves with different rotation speeds图4 为4种试样摩擦(初速度为7 000 r/min)后的表面形貌.由图可观察出，Cu50试样的摩擦表面有大面积的脱落，摩擦膜被严重破坏，且脱落处有石墨粒聚集.Cu100试样呈现斑状脱落，仅有小片区域出现脱落，同时表面部分区域被磨屑覆盖.Cu200的摩擦表面比较平整几乎没有表面脱落现象，且分布着均匀的第三体，有效减小材料的磨损.Cu300的摩擦表面只有微量的脱落，第三体的分布状态介于Cu200和Cu100之间.4种试样随着粒度的减小，一方面，石墨分布状态由杂乱无章逐渐变为层状分布状态，良好的嵌入材料中，可以通过表面变形层挤出，均匀的分布在摩擦面，起到良好的润滑作用.另一方面，孔隙率逐渐减少，在摩擦的过程中，增强相与基体的结合性逐渐增强，从而减少了材料的脱落.在摩擦作用下，材料会产生磨屑，随着磨屑的不断增加，在摩擦力、压力和温度的共同作用下，这些磨屑颗粒会发生塑性变形，形成薄膜.由于氧化作用形成一层致密的氧化膜，氧化膜在摩擦过程中，一方面把材料和对偶阻隔开，减少直接接触，从而降低黏着磨损的可能；另一方面，高硬度的氧化膜阻碍遗留在摩擦副之间的磨粒直接作用在材料摩擦面上，降低磨粒对摩擦表面产生犁沟效应.通过观察摩擦表面脱落膜的厚度并进行Fe元素扫描分析，发现Fe、O元素含量较高，由此得出为氧化膜.在高速的摩擦作用下，磨屑增加，受摩擦力和载荷作用的影响，在摩擦面参与氧化膜的形成.当氧化层的厚度增加到一定程度，在摩擦过程中，压力和冲击同时作用在脆硬的氧化膜上，氧化膜会产生裂纹，进而不断地延伸和扩展，再由裂纹的相互连接，最后导致表面薄膜的脱落.如图4(a)所示，从氧化膜脱落的磨粒最终在摩擦表面参与摩擦，在压力和摩擦力的作用下，磨粒被压入氧化膜，导致材料表面进一步产生裂纹，引起材料表面脱落，循环往复，材料的磨损逐渐增大.如图4(c)和(d)所示，只有较小的脱落，在摩擦过程中，形成的磨屑较少，对表面的氧化膜破坏较小，所以摩擦表面的氧化膜比较稳定，不仅有效地降低了材料的磨损，同时氧化膜的脱落程度也很低，从而减少了氧化膜产生的磨粒对摩擦表面的进一步磨损.图4 试样摩擦后的微观形貌Fig.4 Friction surface micrographs of the samples(a)—Cu50; (b)—Cu100; (c)—Cu200; (d)—Cu3003 结论(1)采用不同粒度的气雾化铜粉作为基体，通过热压烧结制成铜基粉末冶金摩擦材料试样，研究表明随着铜粉粒度的减小，试样基体的连续性越来越均匀，试样的硬度大体呈降低的趋势，但试样Cu200的硬度最高，为22.0 HBW，提高了材料的耐磨损性能.(2)随着铜粉粒度的减小，密度呈减小的趋势，试样Cu200的密度最大，为5.23 g/cm3；孔隙率和密度相反，呈增大的趋势，但Cu200的孔隙率最小，为12.54/%，减少材料的脱落，提高材料的抗摩擦磨损性能.(3)在7 000 r/min的初速度下进行摩擦磨损试验，随着粒度的减小，摩擦系数整体呈降低的趋势，Cu200摩擦系数的稳定性最高，磨损率呈降低的趋势，且Cu200的磨损率最低.Cu基体的粒度为106 μm，铜基粉末冶金摩擦材料具有最佳综合性能，材料的硬度为22.0 HBW，密度为5.23 g/cm3，孔隙率为12.54/%，摩擦系数为0.348，磨损率为47 mg.参考文献:[1] 苏醒. 中国高铁到底有多牛？全球叹服！[N]. 人民日报, 2015-10-20.(Su Xing. 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摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能影响摩擦速度是影响铜基摩擦材料摩擦磨损性能的重要因素之一。

在摩擦过程中，摩擦速度会对材料表面的磨损、摩擦热和摩擦学性能产生影响。

本文将对铜基摩擦材料在不同摩擦速度下的摩擦磨损性能进行分析研究。

一、铜基摩擦材料的基本性能铜基摩擦材料是一种新型的高性能摩擦材料，具有优良的摩擦学性能、高温稳定性和抗磨损性能。

其主要成分为铜基合金，常用的铜基材料有铜-锡合金、铜-锌合金、铜-镍合金等。

二、摩擦速度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响1. 磨损率变化摩擦速度对铜基摩擦材料的磨损率有一定的影响。

当摩擦速度增加时，材料表面受力变化，摩擦热和磨擦力增大，容易产生热膨胀和磨损现象，从而加剧材料的磨损。

而当摩擦速度较低时，材料表面的温度和应力较小，磨损率相对较低。

2. 摩擦学性能变化随着摩擦速度的增加，铜基摩擦材料的摩擦系数也会随之增加，摩擦学性能也会发生相应变化。

对于一些要求高速摩擦的工况，如高速铁路、航空等领域，需要选择抗磨损、摩擦系数稳定的铜基摩擦材料。

3. 磨损形态变化在摩擦过程中，材料表面的磨损形态也会发生变化。

随着摩擦速度的增加，磨损形态会由点状磨损、区域性磨损逐渐转变为大面积磨损，甚至产生严重的表面磨损与裂纹。

三、总结综上所述，摩擦速度是影响铜基摩擦材料摩擦磨损性能的重要因素，受摩擦速度影响的性能包括磨损率、摩擦学性能和磨损形态等。

在实际应用中，需要根据工况的不同选择不同的铜基摩擦材料以获得最佳的摩擦磨损性能。

针对铜基摩擦材料的摩擦磨损性能影响因素之一的摩擦速度，需要进一步研究其具体影响机理，以便更好地指导其实际应用。

首先，随着摩擦速度的增加，材料表面的温度升高，摩擦热增大，从而加速了材料表面的磨损。

此外，在高速摩擦过程中，摩擦力也随之增大，这对于材料表面的磨损、剥落等现象也有较大的促进作用。

其次，不同的铜基材料对于摩擦速度的敏感程度可能也有所不同，因此需要对不同的材料进行具体实验验证。