粉末冶金烧结硬化凸轮材料的摩擦磨损性能研究

本研究将铁基Fe-Cr-Mo-Cu-Si-P-C粉末冶金材料用于组合烧结式粉末冶金中空凸轮轴的凸轮制备,使用MR-H5型高速环块磨损实验机进行摩擦磨损性能测试,并通过白光干涉形貌法对该凸轮材料在不同转速下的摩擦磨损性能进行研究。结果表明,凸轮材料烧结后密度可达7.5 g/cm3以上,硬度HRC达到53.7;材料的磨损状况与转速密切相关,在1 000~2 000 r/min转速范围内,磨损机制主要为磨粒磨损,随着转速提高,微凸体啮合程度不断降低,摩擦因数降低。磨损量则呈现先增加后减少的趋势。当转速达到3 000r/min时,以粘着磨损为主,材料磨损严重。在同样的实验条件下,该粉末冶金凸轮材料的磨损量仅为传统球墨铸铁凸轮材料的1/3,显示了优异的耐磨性。     

含炭纤维湿式铜基摩擦材料的性能

采用粉末冶金方法制备含短炭纤维的湿式铜基摩擦材料,研究炭纤维含量对湿式摩擦材料的摩擦磨损性能和力学性能的影响,以及制动条件对动摩擦因数的影响。结果表明:随着炭纤维含量及材料的孔隙率增加、硬度及密度均降低,摩擦因数呈先增加后减小的变化趋势,磨损量呈先减小后增大的趋势。炭纤维含量为(质量分数)1%时材料的摩擦磨损性能最好,摩擦因数最大且最稳定,磨损量最小。材料摩擦因数随着载荷增大而增大,随炭纤维含量增加磨损率呈先减小后增大的趋势。炭纤维的加入提高了材料的能量许用值。     

制动速度对铜基粉末冶金闸片材料摩擦学性能的影响

以Sn+SiO_2+Al_2O_3+CaF_2作为摩擦组元,石墨+Pb作为润滑组元,制备铜基粉末冶金列车闸片材料,在MM-1000Ⅱ型摩擦试验机上进行摩擦试验,测定制动速度在120~200 km/h范围内材料的摩擦因数、磨损量与表面温度,并观察摩擦表面形貌,研究制动速度对该材料摩擦学性能的影响。结果表明:在制动速度180 km/h时,随制动速度增加,闸片材料的摩擦因数在0.41~0.46之间波动,但制动速度达到200 km/h时,摩擦因数显著减小至0.32,摩擦因数稳定性总体较好。材料的磨损量随制动速度增大而增加,但在制动速度达到180 km/h时磨损量趋于稳定,为119 mg。低速制动下材料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。     

石墨、SiO2在铜基摩擦材料基体中的摩擦学行为研究

研究了石墨、二氧化硅在铜基摩擦材料基体中的摩擦磨损行为.研究结果表明:在添加石墨及添加石墨与SiO2后的2种材料中,摩擦因数随着转速的加快而减小,前者的磨损量随转速的提高而增加,后者的磨损量则呈相反的变化趋势.基体中加入石墨,当转速不同时,材料的磨损机理也不同.低转速时主要发生粘着和犁削现象,当转速加快后材料的磨损以犁削和剥层脱落为主,高转速时则出现了氧化磨损.高转速时石墨在摩擦表面被碾成一薄层,与表面塑性变形金属和磨屑形成多层叠加结构,削弱了表层与基底的结合强度,容易发生层状剥落;基体中加入石墨与二氧化硅后,在较低转速时材料以磨粒磨损为主,高转速时则伴随有少量氧化磨损发生,石墨在摩擦表面不形成多层叠加结构,表面膜上的裂纹是导致表面膜脱落的主要原因.     

沙尘环境下含玻璃微珠铜基摩擦材料的摩擦磨损性能

利用MM-1000摩擦实验机,分别在沙尘环境与干摩擦情况下,研究不同玻璃微珠含量(质量分数)铜基摩擦材料的摩擦磨损性能。结果表明:在摩擦过程中,玻璃微珠含量通过影响摩擦膜的形成而影响材料的摩擦磨损性能;在沙尘环境下,沙尘破坏材料表面摩擦膜致使材料的摩擦因数高于干摩擦情况下的摩擦因数,且材料的制动稳定性较差,线性磨损量随着玻璃微珠含量增加而增加;综合不同环境下的摩擦实验结果表明,含6%玻璃微珠的材料具有良好的摩擦学性能;添加2%和4%玻璃微珠材料的磨损机制主要为磨粒磨损与剥层磨损,但添加6%和8%玻璃微珠的材料以粘着磨损和磨粒磨损为主要磨损机制。     

石墨含量对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金压烧技术制备了含不同质量分数石墨的铜基摩擦材料,研究了石墨含量对摩擦材料微观组织、磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:铜基体的连续性随石墨含量增加而降低,动摩擦系数随石墨含量的增加先增加后降低,磨损量随着石墨含量的增加而减小;材料的磨损机理为犁沟式磨料磨损;石墨质量分数为16%时,试样动摩擦系数和静摩擦系数最高并且稳定,具有最好的摩擦磨损性能。     

混料时间对含石墨的铜基摩擦材料性能的影响

本文采用粉末冶金方法制备了含石墨的铜基粉末冶金摩擦材料,通过调整加入石墨后的混料时间,采用布氏硬度计、摩擦磨损试验机和扫描电镜等设备研究了混料时间对含石墨的铜基摩擦材料性能的影响。研究结果表明:随着加入石墨后混料时间的增加,烧结后摩擦材料中的石墨颗粒分布更加均匀,铜基体的连续性变差,材料密度和硬度均下降,材料的摩擦因数先增大后减小,磨损量先减小后增大。加入石墨后,混料8 h的烧结体的摩擦磨损性能最佳(较其他试样摩擦因数增加了10%左右,磨损量降低了30%左右)。     

FeB对铁铜基摩擦材料性能的影响

研究了0～10％的FeB对铁铜基摩擦材料性能的影响。研究发现,其摩擦因数随FeB的增加而增加;摩擦材料的磨损在制动压力为0.6 MPa时,随FeB的增加而有所下降;当压力增加到1.1MPa,制动速度为7500 r/min时,材料的磨损随FeB的增加有所下降。而制动速度为6 500 r/min时,磨损随FeB的增加而增加。研究还发现,摩擦材料中的FeB在烧结过程中与Fe反应形成了Fe_2B,这种Fe_2B既起摩擦组元作用又起强化基体作用。     

石墨取向化铜基摩擦材料的性能研究

以Al_2O_3弥散强化铜粉为基体,镀铜鳞片石墨为润滑相,通过冷压薄坯层叠热压烧结工艺制备了鳞片石墨取向化分布的铜基摩擦材料,采用扫描电子显微镜观察了鳞片石墨在铜基体中的分布情况,并对铜基摩擦材料的密度、硬度、抗压强度、热导率及摩擦性能进行了测试与分析。结果表明:制备的铜基摩擦材料组织中鳞片石墨分布均匀,与铜基体结合良好,石墨片与压制方向趋向于垂直,鳞片石墨之间平行分布;垂直压制方向比压制方向具有更高的硬度和抗压强度,垂直压制方向的热导率是压制方向的3倍,且在高鳞片石墨体积分数下垂直压制方向具有比压制方向更低的摩擦因数、磨损量和摩擦表面温度。     

膨胀蛭石对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金法制备膨胀蛭石含量(质量分数,下同)分别为0.1%,2%和4%的铜基摩擦材料,利用MM-1000摩擦试验机测定该材料的摩擦磨损性能,并研究膨胀蛭石对磨损机理的影响。结果表明:加入1%膨胀蛭石时,铜基摩擦材料的摩擦因数提高,但随蛭石含量继续增加而逐渐降低。低转速下,加入膨胀蛭石的材料磨损率显著降低,磨损率受蛭石含量的影响较小;在中高转速下,随蛭石含量从1%增加到4%,材料的磨损率逐渐增大。加入膨胀蛭石后材料表面的摩擦膜更光滑,没有出现易疲劳磨损的亚表面。在低转速条件下,含膨胀蛭石的铜基摩擦材料的磨损机制以粘着磨损为主,在中高速条件下,其磨损机制转变为粘着磨损、犁削磨损和疲劳磨损的复合磨损机制。     

添加ZrO2对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备了高速列车用铜基摩擦材料,研究了添加ZrO2的量对材料的摩擦因数、磨损量的影响规律。结果表明:在添加ZrO2的材料中,含5%(质量分数,下同)ZrO2的材料摩擦因数较高,磨损量也较大;添加8%ZrO2的材料在高速下的摩擦因数较高,磨损率较小且变化平稳。材料的磨损在较低的速度下以粘着磨损为主;随着速度的上升,磨损也逐渐变成以剥层脱落和氧化磨损的混合机制为主。     

α-SiC的粒度对铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

选取粒度为1μm和10μm的立方型6Hα-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,10μmα-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。     

孔隙度对湿式铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用不同的压制压力制备湿式铜基粉末冶金摩擦材料,借助扫描电镜及摩擦磨损试验机研究材料的孔隙度对其组织和摩擦磨损性能的影响。结果表明:当孔隙度小于25%时,高孔隙度材料具有更高且更加稳定的摩擦因数,当孔隙度超过25%时,摩擦性能不稳定;磨损量随孔隙度减小先减小后增大。对此湿式铜基摩擦材料,20%为其最佳的孔隙度,此时材料具有最佳的摩擦磨损性能。     

Cr-Fe为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦磨损性能

以Cr-Fe取代传统材料中的陶瓷相作为硬质相(即摩擦组元),制备铜基粉末冶金摩擦材料,通过扫描电镜观察分析该材料的微观结构,在MM3000摩擦磨损试验机上检测材料的摩擦磨损性能,并与以Al2O3作为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料进行对比。结果表明,以Cr-Fe取代陶瓷相作为摩擦组元,可改善硬质相与基体间的结合状态。随摩擦速度提高,材料的摩擦因数呈先下降后上升的趋势;与Al2O3陶瓷相作为摩擦组元相比,用Cr-Fe为摩擦组元的铜基粉末冶金摩擦材料的摩擦因数提高12%~27%,且稳定性提高10%~20%,线磨损量降低20%~70%。     

人造石墨对汽车摩擦材料性能的影响

采用干法粉末冶金混料,一次成形模具压制不同石墨含量的D465汽车刹车片,并通过LINK惯性台架试验研究人造石墨对摩擦材料性能的影响。结果表明:人造石墨对摩擦材料的理化、力学性能影响不大;随着人造石墨含量的增加,摩擦材料的摩擦系数呈现逐渐减小趋势,磨损量呈现先减小后增大的趋势;人造石墨对摩擦材料的噪音发生情况影响也呈现同样的趋势。结合理化性能,力学性能,摩擦系数,磨损数据综合比较,人造石墨含量在8%左右时,摩擦材料具有最佳的摩擦磨损性能和噪音性能。     

Al_2O_3含量对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,研究Al_2O_3的添加量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:Al_2O_3对材料摩擦磨损性能的影响与摩擦速度密切相关;随着Al_2O_3含量增加,材料的摩擦因数提高,密度降低,硬度增加,磨损量先减小后增大,Al_2O_3质量分数为9%时,复合材料的摩擦因数较高且稳定,磨损量最小。不含Al2O3的材料摩擦表面出现大量凹坑,磨损严重,随着Al_2O_3含量提高,凹坑数量减少,弥散分布的Al_2O_3粒子能强化基体表面强度,从而导致材料磨损量降低。     

低压力高力矩粉末冶金摩擦材料的研制

为了使摩擦材料在低制动压力下产生高力矩,在选定金属基体的前提下,研究了作为润滑组元的天然鳞片状石墨和人造粒状石墨以及作为摩擦组元的SiO2、Al2O3(刚玉粉)对材料摩擦性能的影响,结果表明:当润滑组元总量一定时,以部分人造粒状石墨取代天然鳞片状石墨可提高摩擦因数15%~20%;当摩擦组元总量一定,选用SiO2、Al2O3的复合摩擦剂的材料比仅采用SiO2的材料可提高摩擦因数45%~50%,比仅采用Al2O3的材料提高20%~25%,同时,摩擦因数稳定度也得到改善。在使用工况下,制动压力为0.25 MPa时,W-0号试样产生的力矩大于24 N.m,其它各项性能均令用户满意。     

钨含量对铜基摩擦材料性能的影响

为了探究钨含量对制动用铜基摩擦材料性能的影响,采用热压烧结工艺制备了不同钨含量的铜基摩擦材料,对其物理性能、力学性能和摩擦磨损性能进行了测试.研究表明,铜基摩擦材料的密度随着钨含量的增加而增大,而剪切强度和硬度先增大后减小.钨提高了材料磨损表面微凸体接触的结点强度,从而提高了材料的摩擦因数.适量的钨可以有效地减少磨损表...     

不同类型莫来石对铜基材料摩擦磨损性能的影响

利用粉末冶金方法制备了含三种不同类型莫来石的铜基摩擦材料,测试了三种材料的摩擦磨损性能。结果表明:随着制动压力和转速的增大,采用莫来石作为摩擦组元的铜基摩擦材料的摩擦系数降低,磨损量增大。采用高纯电熔莫来石时对摩擦材料的磨损较大,对对偶件的磨损较小。采用莫来石相含量较低的烧结莫来石的摩擦材料摩擦稳定性较差。采用蓝晶石煅烧莫来石的摩擦材料具有较好的综合性能。随着莫来石粒度的减小,摩擦材料的耐磨性变差。     

石墨对铜基粉末冶金闸片材料性能的影响

采用粒度>550μm的天然鳞片石墨和人造石墨配合制备了铜基粉末冶金高速列车制动闸片材料,系统研究了鳞片石墨粒度对材料力学性能、摩擦磨损性能和摩擦膜形成的影响。结果表明:采用粒度>550μm的天然鳞片石墨作润滑组元,所制备摩擦材料的抗压强度显著高于采用小粒度石墨所制材料,达到145.30MPa;随鳞片石墨粒度的增大,材料的摩擦系数降低,磨损率降低幅度可达50%以上,摩擦表面趋于形成完整的摩擦膜;采用鳞片石墨和人造石墨配合使用,能够显著提高材料强度。