DOC《成型压力对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响》

1 试样的制备及试验方法 试验原料有还原铁粉、电解铜粉、锡粉和WC(粒径均为-0.074 mm,纯度>

99%),粒径-0.147 mm的天然鳞片石墨和MoS2(纯度>

98%).将各粉末按下面的比例混合(%):Cu 58~

60、Fe 16~

19、Sn 2~

4、MoS2 2~

3、WC 3~

7、石墨6~10,混料时间2 h,在钢模中冷压成正六边形,成型压力分别为

60、

80、

100、120 t.然后将试样置于高温热压烧结炉中,在氩气保护下于950 ℃进行烧结,保温时间1 h,随炉冷却至100 ℃以下出炉. 收稿日期:2018-09-29 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51501167);

河南省科技攻关项目(162106000019);

河南省杰出青年基金项目(13604000001) 作者简介:刘建秀(1962-),女,山西洪洞人,博士,教授,硕士生导师;

通信作者:孙璐璐(1993-),女,河南南阳人,硕士研究生. 采用排水法测量试样的密度ρ和孔隙率θ;

采用扫描电子显微镜观察试样的显微组织;

按照国标GB/T231.1-2009,采用布氏硬度计测量试样的硬度;

采用MMW-1A型微机控制万能摩擦磨损试验机测试试样的摩擦系数和磨损量. 利用排水法测量试样的密度,数值由公式(1)求得: (1) 式中,ρ为试样实际密度(g/cm3);

ρ水为水的密度,1.01 g/cm3;

m1和m2分别为试样在空气和水中的质量(g). 材料的理论密度由公式(2)求得: (2) 式中,ρ0为试样的理论密度(g/cm3);

wi为试样中不同成分所占的质量分数(%);

ρi为不同组元的理论密度(g/cm3). 材料的孔隙率θ(%)由公式(3)求得: (3)

2 试验结果分析 图1为不同成型压力条件下所制备铜基粉末冶金摩擦材料的密度和孔隙率变化曲线.可以看出,随着成型压力的增加,摩擦材料的密度由5.551 g/cm3小幅增加到5.998 g/cm3,说明成型压力对摩擦材料密度的影响较小.这是由于粉末颗粒在成型压制的过程中会发生重新排列组合与咬合的情况,当成型压力较小时,颗粒间的气体能及时排出;

当成型压力过大时,就会造成颗粒间过早地咬合在一起,部分气体未能及时排出,被压缩在微小的气孔内.并且在原始料粉中总是会存在一定量的金属氧化物,在烧结过程中被还原、产生气体,而大的成型压力会影响气体的及时排出,引起摩擦材料的致密度降低.所以随着成型压力的增加,摩擦材料的密度增加幅度较小. 图1 成型压力与试样密度和孔隙率关系曲线 Fig.1 Relationship between forming pressure and density and porosity of sample 从图1还可以看出,当成型压力从60 t增加到120 t时,铜基摩擦材料的孔隙率明显减小,当成型压力增加到100 t后,再继续增加成型压力,孔隙率的减小趋势降低.原因是,在较低的成型压力下,颗粒间的孔隙较多,接触面小,稍微增大成型压力,就会发生颗粒的明显位移变化,填充孔隙,摩擦材料的孔隙率随之显著降低.当被压制的试样密度因压缩达到一定值后,继续增加成型压力,粉末颗粒就会发生明显的塑性变形,颗粒间的接触面积增加、压缩阻力增大,增大了摩擦材料孔隙率降低的难度.而在较高的成型压力下,容易造成颗粒之间过早咬合以及部分颗粒碎裂,封闭气体流动的部分通道,部分气体未能及时排出,被封闭在微小的孔隙中.这些没被及时排出的气体在烧结过程中会随着烧结温度的上升而急剧膨胀,使孔隙的体积扩大,影响烧结致密化过程.摩擦材料的密度和孔隙率是材料致密度的重要性能指标[18],通过试验结果分析,随着成型压力的增大,摩擦材料的密度变化幅度小,孔隙率降低,致密度提高. 图2为在不同成型压力条件下制备的铜基粉末冶金摩擦材料的SEM形貌.图中灰白色相为铜基体;