Fe在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用

收稿日期:2006-02-20

基金项目:湖南省科技重大项目产业化研究资助(01-96-10)作者简介:陈　洁(1978-),女(汉),湖南长沙人,在读博士,主要从事复合材料的研究。

Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用

陈　洁,熊　翔,姚萍屏,李世鹏

(中南大学粉末冶金研究院国家重点实验室,湖南　长沙　410083)

摘　要:研究了Fe 在铜基粉末冶金航空摩擦材料中的摩擦磨损作用及机理。研究表明:Fe 在

铜基摩擦材料中起到了摩擦组分的作用,对材料的机械性能和摩擦磨损性能起到了重要的作用。Fe 能提高铜基摩擦材料的强度、硬度;当Fe 含量超过4%后,随Fe 含量的增加,材料的摩擦系数及稳定性增加;高速摩擦条件下,Fe 能促进摩擦面氧化膜的形成,减小材料的摩擦系数和磨损量。

关键词:粉末冶金摩擦材料;摩擦磨损;摩擦组分;摩擦机理中图分类号:TF12512 文献标识码:A 文章编号:1006-6543(2006)04-0016-05

THE WOR KIN G OF Fe IN COPPER -BASED P/M FRICTION MA TERIAL

CHEN Jie ,XIONG Xiang ,YAO Ping -ping ,L I Shi -peng

(Stare K ey Laboratoty of Powder Metallurgy ,Central S outh University ,Changsha 410083,China )

Abstract :The working mechanism of Fe in a new type of copper -based P/M friction material was studied 1The results show that Fe works as frictional component in copper -based friction ma 2terials ,influening the mechanical and frictional property of materials 1Fe can increase the strength and hardness of friction material ;when Fe is more than 4%,with the increase of Fe ,the friction coefficient and stability of the material are enhanced 1At the same time ,at high speed friction ,Fe takes part in formation of oxide film on friction surface ,so the wear loss of friction material is de 2creased 1

K ey w ords :P/M friction material ;friction and wear ;friction component ;friction mechanism

铜基粉末冶金摩擦材料由于其良好的导热性、耐磨性而被广泛应用于各种离合器和刹车装置中[1]。粉末冶金摩擦材料是以金属及其合金为基体,添加硬质颗粒摩擦组元和固体润滑组元,用粉末冶金的方法制造而成的金属基颗粒复合材料[2]。因此,可以通过调节和控制复合材料中各组元的含量及存在形式来改善材料的物理机械性能,进而提高材料的摩擦磨损性能,最终得到综合性能优异的粉末冶金摩擦材料。

粉末冶金摩擦材料中大都加有Fe 作为摩擦组元,以提高材料的摩擦系数[3,4],其含量一般在5%～25%的范围内。有资料显示[5],Fe 含量在5%以下时,摩擦系数才有所提高,随后Fe 含量增加,材料的摩擦系数变化不大,且Fe 含量增加,材料磨损量增加,对偶磨损量则减少[6]。本文即针对Fe 在新型铜基粉末冶金摩擦材料中的作用机理进行了系统的分析,明确了Fe 对铜基粉末冶金摩擦材料摩擦磨损性能的影响。

第16卷　第4期

2006年8月

粉末冶金工业POWDER METALL URG Y IN DUSTR Y

Vol.16No.4Aug.2006

1　实验材料与方法

111　材料制备

按比例称取各种粉末,经手工混合后置于V 型混料器中混合6～8h ,混合料在400～600MPa 压力下冷压成形。在加压烧结炉中于氢气保护下进行烧结,烧结温度为920～950℃,烧结压力为210～315MPa ,保温3～4h ,然后水冷待温度低于100℃后出炉。出炉后将烧结材料加工成<75mm ×53mm 的环块。材料主要化学组成见表1。

表1　材料主要化学成分

材料编号

成分配比/%(质量分数)

Cu Sn C Fe

191452874543834584

79

4

5

12112　检测项目和方法

在HBRF -18715型洛氏硬度计上测试材料的

表观硬度(HRF ),每个试样测定五个点,取其平均值;在MeF3A 型金相显微镜上观测材料微观组织;根据G B/T10421-1989测出材料密度;在MM -1000型摩擦实验机上进行定速摩擦实验,试环及对

偶尺寸<均为75mm ×53mm ,对偶材料为30CrMoSiVA 合金结构钢,硬度40HRC 。摩擦压力为015MPa ,转动惯量为215kg ・cm ・s 2,速度分别为1000、3000、5000、7000r/min ,摩擦时间为20s ;在KYKY -2800型扫描电镜下观察材料摩擦面形貌。

2　实验结果与讨论

211　Fe

对材料结构及物理性能的影响

图1　材料显微组织图

(a )1号材料;(b )2号材料;(c )2号材料

图1为未加Fe 的1号材料和加Fe 的2号材料

的显微组织图。图1(a )中,黑色长条状组织为石墨,基体中的灰白区域为铜锡合金形成的α-固溶体,其上分布有少量孔隙。图1(b )中,均匀分布于

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71・第4期 陈　洁,等:Fe 在铜基粉末冶金摩擦材料中的作用