铜基摩擦材料成分、组织与耐磨性研究

发布时间：2020-05-12 03:27

【摘要】：铜基粉末冶金摩擦材料是由铜基体、强化组元、润滑组元和摩擦组元经粉末冶金工艺制备而成,由于制造工艺简单,同时既具有金属的良好导热性、耐高温性又具有陶瓷的耐磨性,已经成为制动摩擦材料领域研究的主要方向。而目前国内生产的铜基粉末冶金制动摩擦材料在使用性能上仍与国外存在一定差距,因此,为了探究现有国产铜基粉末冶金制动摩擦材料在成分、组织和性能上与国外存在的差别,本文主要针对两种国外生产的铜基粉末冶金制动摩擦片,及一种国内铜基粉末冶金制动摩擦片进行成分、显微组织、显微硬度以及不同载荷和滑动速度下耐磨性的对比分析,综合各自特点和优势,进行成分优化设计和材料制备,并分析了高温耐磨性,主要研究结果如下:(1)三种国内、外铜基摩擦片的主要成分均为基体铜-锡合金、铁、石墨和陶瓷(ZrSiO_4),但在含量上存在明显区别,国外铜基摩擦片2和国产铜基摩擦片主要以铜基体为主,国外铜基摩擦片1的基体含量最少,铁、石墨和陶瓷含量最多。国外铜基摩擦片2的孔隙率以及铜基体显微硬度最高,国外铜基摩擦片1次之,国产铜基摩擦片组织较为致密,但铜基体显微硬度最低。在20~80 N载荷范围内,40~80 N中高载荷时,国外铜基摩擦片1更适合;在30~210 mm/min的滑动速度内,国产铜基摩擦片更适于210 mm/min高滑动速度。(2)优化的铜基摩擦材料成分体系:67%铜基体、13%铁、3%锌、5%石墨和12%陶瓷相。采用粉末冶金方法制备铜基摩擦材料,烧结工艺规范为:820℃烧结,20 MPa烧结压力,保温1 h,烧结试样孔隙率低,在不同载荷下的耐磨性较好。对不同铜-锡配比的烧结铜基摩擦材料进行耐磨性分析,发现Sn/(Cu+Sn)为9%的铜基摩擦材料在不同载荷下具有良好的耐磨性。(3)在25℃、250℃、350℃和450℃试验条件下,对自制铜基摩擦材料试样进行摩擦磨损试验,并与国外铜基摩擦片1进行对比分析。结果表明,随试验温度升高试样表面颜色逐渐加深,氧化产物不断变化。铜基体在高温下的主要氧化产物为Cu_2O,而非CuO;金属铁的氧化产物随温度升高而发生改变,在同一温度下不同试样的铁氧化产物也存在差别,总体上都是由Fe_2O_3向Fe_3O_4转变;成分优化后的自制铜基摩擦材料试样在250~450℃高温状态下的耐氧化能力较好。通过对高温磨损表面的光学显微形貌和三维形貌分析发现,自制试样的主要磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损,粘着磨损相对国外试样1较轻,在高温下具有较低的磨损率,展示出了良好的高温耐磨性能。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TF125.9

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