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为了满足零部件能在高真空(≤10<'-6>pa)中、在有腐蚀的特殊气氛中,在超高温、超低温、辐照场、电磁场中,在桥梁支承部件等维修困难的地方,在避免油污染的地方,在要求永久润滑的地方正常地运行的需要,高性能新型铜基自润滑材料的研究不仅具有重要的科学研究意义而且具有重要的应用前景。由于铜具有良好的塑性和导热性能,铜粉易于压制,铜与氧的亲和力小,容易烧结,在研究中采用铜作为基体材料,通过添加镍、钨、锡、铅、纳米氧化物和稀土氧化物等作为强化组元,分别添加石墨、二硫化钼和混合物作为固体润滑剂,利用粉末冶金方法制备新型铜基自润滑复合材料。主要利用数码金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度仪和摩擦磨损实验机等研究方法,对所制备样品的成分组成、成型工艺、组织结构、力学性能和自润滑机理进行了系统研究。研究结果表明:
1) 实验设计以Cu-Ni-Sn-Pb的雾化合金粉末为基体,添加钨,纳米Al<,2>O<,3>强化相,以0.5wt%,1.0wt%,1.5wt%,2.0wt%不同含量的二硫化钼(石墨1.5wt%)和1.5wt%, 2.0wt%,2.5wt%,3wt%,4wt%不同含量石墨(二硫化钼0.5wt%)作为固体润滑相组成新的复合材料体系,在优化制备工艺条件下,成功制备出了新型铜基自润滑材料。优化了样品的烧结工艺为:烧结温度880℃~920℃,时间4 h;随着石墨含量的增加样品的硬度降低,强度降低;2wt%石墨的铜基自润滑材料综合性能较好,其密度为6.41g/cm<'3>,硬度为38.76HV,压溃强度280MPa;1.5 wt%二硫化钼的铜基自润滑材料金相组织结构比较均匀,其密度6.23g/cm<'3>,硬度为36.6HV,强度为290MPa,综合性能较好。
2) 以Cu-Ni合金粉为基体,添加定量钨和稀土氧化物,以二硫化钼和不同含量石墨作为固体润滑相组成新的复合材料体系,采用粉末冶金方法制备出了新型自润滑材料。样品的维氏硬度随着烧结温度的升高而上升。当烧结温度不超过940℃时,试样的硬度随着烧结温度的增加而快速增大,当温度上升到940℃时,试样的硬度随着烧结温度的增加而缓慢增大,此时硬度为37.7HV。压溃强度随着温度的升高呈先上升后下降的趋势,910℃至940℃之间,随着烧结温度的增加,试样的压溃强度不断增加,在940℃时达到最大值,此时压溃强度334MPa。优化了的工艺参数为:压制压力为4t,烧结温度930℃-950℃,保温4-5h。
3) 随着石墨和二硫化钼含量的增大,材料的自润滑性能提高,这是因为当含量增加时,石墨和二硫化铝形成的固体润滑膜更加完整,能够分离出更多的易滑移面。但同时,石墨和二硫化钼含量的增多会导致材料强度的下降,材料的磨损量明显增大,所以,固体润滑相的数量和分布是成功制备自润滑材料的关键。金属基因体自润滑复合材料的减摩机理是在摩擦过程中固体润滑膜的形成。膜的形成与固体润滑剂本身特性及其析出和成膜的能力有关。固体润滑剂石墨和二硫化钼组合使用可以获得良好的协同润滑效应。