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Al、Zn对Fe—18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响研究

时间:2018-03-04 16:03:07    来源:互联网整理    作者:匿名  浏览次数:
[导语]   [摘 要]铁基摩擦材料不仅耐高温,而且具有较强的承载力,且价格低廉,所以在诸多领域得到广泛的应用,但是铁基摩擦材料也存在一定的缺陷,与铁质发生摩擦时,其性能容易受到影响。 Cu基

[摘 要]铁基摩擦材料不仅耐高温,而且具有较强的承载力,且价格低廉,所以在诸多领域得到广泛的应用,但是铁基摩擦材料也存在一定的缺陷,与铁质发生摩擦时,其性能容易受到影响。 Cu基粉末冶金摩擦材料相对于Fe基摩擦材料而言,其性能比较稳定,但是Cu的成本较高,因此本文以Fe-18Cu为研究基体,通过添加Al和Zn等粉末来进行试验,判断Al、Zn对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响。

[关键词]Al;Zn;Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料;组织和性能;影响

中图分类号:TB333 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2016)07-0337-01

20世界40年代,我国对铁基粉末冶金摩擦材料就开始了研究,在50年代,将其应用在了航天领域。铁基材料不仅耐高温,而且承载能力强,价格低廉。但是,铁基粉末冶金摩擦材料与钢铁等金属材料混合使用时,容易发生粘结【1】。为降低铁的塑性,使其强度得到进一步增强,因此添加了其他元素来达到这一目的。在上世纪60年代,我国开始研制铁基粉末冶金制动材料,并且取得了一定成就。随着社会经济和交通运输业的发展,摩擦材料的应用更加广泛,对制动性能的要求更加严格。鉴于此,本文结合新工艺、新技术对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料展开进一步的研究和探讨。

一.粉末冶金摩擦材料新技术

实践表明,当前广泛使用的钟罩炉加压烧结法存在能耗大、原材料利用率低、成本较大等缺点。因此,新工艺、新技术的研究是为了在保证产品性能的前提下,保证生产成本最低,获得较好的经济效益和社会效益。

(一)无压烧结工艺

研究资料表明,传统的烧结工艺最突出的问题就是资源浪费【2】。因此,相对于传统的烧结工艺,无压烧结工艺不需要施加压力就能够实现材料的烧结,因此,这一项新型的工艺得到了广泛应用。现实中,无压烧结工艺主要有轧制法、电镀法以及离子喷涂法等。该项工艺制备的材料具有摩擦系数小、孔隙率较高等特点。

(二)粉末轧制工艺

此种工艺指的是压实被引入旋转轧辊之间的粉末,使之形成粘聚状态的半成品,然后对其进行活化烧结的一种工艺。通过实践表明,粉末轧制工艺所制备的材料,具有较高的使用性能。

(三)表面处理技术

表面处理技术主要包含两个方面,一是通过对材料表面进行渗氮、渗硼及硼铬共渗来达到摩擦材料烧结的目的;另一方面,通过处理材料表面,使其形成氧化膜。而提高产品的质量和改善多层烧结,是通过骨架与粉末层的粘结来实现的【3】。

二.Al、Zn对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响

(一).试验方案

为了进一步了解Al、Zn对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响,本文进行了试验分析。本实验用纯度大于99%的Al和Zn及纯度大于99.5%的Fe-18Cu各200目。并结合试验需要,准备了最先进的试验机、混料机、显微镜等设备。本实验中,试样制备的工艺为:原料→配料、混合→压制→加压烧结。为了保障试验的可靠性,对各项工艺参数进行了严格的设置,对各项材料性能也进行了专业的测试。

(二). Al对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响

众所周知,Cu不仅导热性能好,而且抗氧化能力强,因此和铁质对偶件的相溶性比较小,因此铜基摩擦材料耐磨且结合平稳。但是,在高负荷条件下,铜基粉末冶金摩擦材料摩擦系数不稳定。因此,结合铁基与铜基材料的优点,研制新型的摩擦材料有非常重要的意义。

通过试验表明:

(1)Al 元素添加量对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能有一定的影响。当添加量低于3%时,材料组织有 AlCu4新相生成,其基体组织也被细化,而且晶粒分布非常均匀。当添加量不断增加时,材料的力学性能也不断提高。试验表明,当Al 元素添加量为 2%时,基体力学性能最好,硬度达到95.5HB,抗压强度达到368Mpa。

(2)试验表明,当Al含量增加时,材料摩擦系数先呈上升趋势,而后又缓慢下降;当Al含量等于2%时,材料表面形成致密的薄氧化膜;当Al含量等于3%时,材料表面生成较厚氧化膜,而且容易剥落;此外,试验表明材料的磨损主要为犁削磨损。

(3)Zn对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响

Zn具有强化基体的功能,通过试验表明,Zn对Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料组织和性能的影响如下:

(1)当添加0%-2%的Zn元素时,材料在显微镜下显示有FeZn3新相生成,添加Zn的材料组织孔隙率下降,晶粒细化;当Zn含量增加时,材料的抗压强度先呈上升趋势,后逐渐下降;当Zn含量为1%时,该材料硬度和抗压强度最佳,分别达到103HB和383MPa。

(2)当加大Zn元素的添加量时,材料的摩擦系数先下降后上升。在转速500r/min、Zn含量为1%时,摩擦系数为0.268;当转速1500r/min、Zn含量为1.5%时,摩擦系数为0.260;在转速为中速时,加入Zn元素的材料的磨损形式为氧化磨损;当转速为高速时,材料磨损形式主要是疲劳磨损以及磨粒磨损。

三. 结束语

铁基粉末冶金摩擦材料和铁质对偶件有较大的相溶性,所以容易在摩擦时拉伤对偶表面,甚至产生较深的沟槽,导致制动性能降低或不稳定。而铜基摩擦材料,不仅抗氧化性能较好,而且耐磨性好,但是铜基摩擦材料的制备成本较高。因此,要满足使用性能以及考虑经济成本,研发价格经济、性能又好的摩擦材料是当前市场备受关注的问题。本文主要结合新工艺和新技术,对铁铜基粉末冶金摩擦材料进行试验和研究,并且从物理性能以及力学性能等多方面来阐述研究结果,从而揭示Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料的组织结构和性能,为Fe-18Cu基粉末冶金摩擦材料的进一步应用与开发提供科学的资料【4】。

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