铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制
几种铝锡硅铜合金的摩擦磨损特性
几种铝锡硅铜合金的摩擦磨损特性近年来，随着工业化的发展，对于合金材料的需求越来越高。
铝锡硅铜合金作为一种新型的合金材料，在工业领域中也逐渐得到广泛的应用，尤其具有极佳的摩擦磨损特性。
因此，本文通过研究实验对铝锡硅铜合金的摩擦磨损特性进行分析，旨在深入了解这些合金材料的性能。
首先，本文选择了四种不同比例的铝锡硅铜合金样品，用于摩擦试验。
制备成盘状样品后，光洁度测试，在表面发现一些孔洞和裂纹，为了消除表面缺陷，进行了打磨研磨处理。
接着，采用球盘式摩擦试验机，对样品进行了摩擦磨损实验。
在不同负荷下，不同样品的滑移距离和摩擦系数变化情况得出的曲线，如图1所示。
从图中可以看出，四种样品在负荷作用下，滑动距离的增加而摩擦系数逐渐增大，且四种样品的摩擦系数均有介质变化区。
其中，Al-8Sn-3Si-1Cu合金的变化区域最小，说明其最为稳定。
接着，通过扫描电镜观察各样品的摩擦表面。
如图2所示，可以看出仿佛所有样品的摩擦表面均出现了不同程度的锈蚀，同时，在表面形貌的变化中也可以看到明显的拓扑纹理和轮廓区域的差异。
其中，Al-8Sn-3Si-1Cu合金表面平整度最高，呈现出较平滑的摩擦表面，且非常规则，因此，它的摩擦磨损性能最好。
最后，本文还对四种样品的耐磨性进行了研究。
如图3所示，四种样品在不同负荷下，经历相同滑动距离后，磨损量的变化情况。
示出了耐磨性的变化情况。
可以看出，Al-8Sn-3Si-1Cu 合金的耐磨性比其它的合金材料更优秀。
综上所述，Al-8Sn-3Si-1Cu合金的摩擦磨损特性最佳。
这四种铝锡硅铜合金材料的摩擦磨损特性的差异，不仅与化学成分和晶体结构有关，还和外界环境、负荷条件有关。
因此，在实际工业领域中，应该根据具体的使用场合选择不同种类的合金，从而达到最佳的使用效果。
此外，红外光谱的分析显示，铝锡硅铜合金表面可能存在的氧化物和其他化合物会对摩擦磨损特性产生影响。
研究表明，合适的合金成分可以减少氧化物等化合物形成，从而提高摩擦磨损性能。
负压铸渗法制备铜合金表面Ni60A渗层的摩擦学性能
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关键 词 ：Ｚ Ｉ—；Ｎｉ０ 渗层 ；干 滑动 ；摩擦磨 损 ＱＡ９４ ６Ａ 中图分 类号 ：Ｔ ７ ． 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１０— ９７ （０７ ６ ０８—４ Ｇ１４ ４ ４ ０ １４ ７ ２０）０— ５６０
Ｗ ｅ ｒＢｅ ａ ｉｒ ｆＮｉ０ Ｉｆｔａ ｅ ａ ｅ ｎ Ｃｏ ｐ ｒＳｕ ｓ ｒ ｔ ａ ｈ ｖｏ ６ Ａ ｉｒ ｔ ｄ Ｌ ｙ ｒ ｐ ｅ ｂ ｔａ ｅ ｏ ｌ ｎ Ｏ Ｉ ｂ ｉａ ｅ ｙＶａ ｕ ｍＩｎ ｉｒ ｔ ｎ Ｃａ ｔ ｇＴｅ ｈ ｉｕ Ｆ ｒ ｔ ｄ ｂ ｃ ｕ ｆｔａ ｉ ｓ ｉ ｃ ｎｑ ｅ ａ ｃ Ｉ ｌ ｏ ｎ
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铜合金表面铸渗工艺及渗层性能的研究
铜合金表面铸渗工艺及渗层性能的研究铜合金表面铸渗工艺及渗层性能的研究一、引言铜合金是一种重要的工程材料，在机械制造、航空航天、电子电器等广泛应用领域中扮演着重要角色。
然而，由于其自身特性的限制，铜合金在一些领域的应用存在一些问题，例如耐磨性能和抗腐蚀性能不足。
为了提高铜合金的性能，人们一直在寻找改进方法。
其中的一种方法是通过铸渗工艺在铜合金表面形成一层渗层，以增强其性能。
二、铸渗工艺原理铸渗工艺是一种通过将渗透剂涂覆在铜合金表面，然后在高温条件下进行熔化、扩散和固化过程，从而实现渗透剂元素在铜合金表面的扩散与固溶的方法。
渗透剂可以是固体、液体或气体形式。
渗层可以提供更高的硬度、耐磨性、抗腐蚀性和附着力等特性。
三、铸渗工艺的影响因素铸渗工艺的性能受到多种因素的影响，包括渗透剂成分、温度、渗透时间和温度梯度等。
渗透剂的选择应基于其能与铜合金形成良好的相容性和相互扩散性，常用的渗透剂包括碳、氮、硅等元素。
温度和渗透时间对渗层的形成和性能有重要影响，一般情况下，较高的温度和较长的渗透时间可以得到更好的渗层。
此外，温度梯度的控制也是影响渗层性能的重要因素之一，过大或不均匀的温度梯度可能导致渗层脱落或变脆。
四、渗层性能的测试与研究渗层性能的测试可以通过多种方法进行，其中包括硬度测试、耐磨性测试和抗腐蚀性测试等。
硬度测试可以使用显微硬度计或洛氏硬度计等设备进行，通过测量渗层和基体的硬度差异来评估渗透剂的渗透能力和渗层的硬度。
耐磨性测试可以通过摩擦磨损试验来评估渗层对磨损的抵抗能力，较好的渗层应在磨损试验中有较低的磨损率。
抗腐蚀性测试可以通过盐雾试验或电化学测试等方法来评估渗层对腐蚀介质的抵抗能力。
在测试中，还需要考虑渗层的附着力以及其对基体的影响。
五、实验研究与效果分析数个铸渗工艺实验被进行，以研究渗透剂成分、温度和渗透时间对渗层性能的影响。
实验结果表明，采用含碳的渗透剂、较高的温度和较长的渗透时间可以得到更好的渗层。
铜合金渗硅原理及应用
铜合金渗硅原理及应用铜合金渗硅：是化学热处理方法，在铜合金表面的一定深度的化学反应的过程，生成渐变分布的一层复杂金属间化合物‐渗硅层，使得渗硅的铜合金获得了优秀的耐磨损、抗咬合的摩擦学性能。
铜合金渗硅层基本特点：1.渗硅层厚度、结构、硬度等等根据工艺不同而有所不同，渗层的一般厚度采用0.4~1.0mm；2.渗硅层的显微硬度渐变性地略高于基体硬度；3.渗硅层结构特征为片状或点状的金属间化合物硬质点分布在相对较软的基体组织中，提供耐磨抗咬合的最优组合；4.渗硅层耐磨性能在含油润滑条件下优于原铜合金性能的两倍以上；在干磨擦条件下优于原铜合金性能的3~5倍以上；5.在干磨擦条件下，渗硅层的抗咬合能力远远超过原铜合金；在实验室条件下，渗硅层几乎不会发生咬合现象。
材料：锰黄铜渗层厚度：0.8mm渗层硬度分布：外部高硬度区，厚度0.2mm ，硬度300~500HV ；内部主体区，厚度0.6mm ，硬度300HV;基体区硬度：200HV 左右典型渗层组织最外层：厚度薄，硬度高，精加工时去除。
中间层：厚度大，硬度较高且变化平缓，是渗硅层主要结构内侧层：厚度薄，硬度稍高于基体。
基体层过渡层过渡层过渡层停止；•未渗硅锰黄铜干摩擦系数大，PV值增大时，干摩擦系数随之急剧增大；•渗硅后锰黄铜干磨擦系数明显下降，接近青铜的性能；在PV值增大的情况下，干磨擦系数基本保持稳定。
而失效；此时尚来不及发生咬合现象；•未渗硅锰黄铜在PV值增大时，也进入急剧磨损区，并且伴发抖动、啸叫等现象，这时进入咬合。
•锰黄铜渗硅后，在PV保持较低的磨损率，表现出优秀的耐磨性及抗咬合性能。
铜合金渗硅在工业应用上的特点：•铜合金渗硅可极大提高原摩擦副的耐磨性及抗咬合性能；•不论是青铜还是黄铜，都可渗硅使用；•青铜耐磨性能比较差，青铜渗硅可提高其使用寿命；•锰黄铜具有强度高的优点，非常适合在重载荷条件下使用，这是大部分青铜所不具备的；•锰黄铜在使用中抗咬合性比较差，这是阻碍锰黄铜在摩擦副中大量使用的主要障碍；•锰黄铜上渗硅克服了其易咬合的缺点，保留了锰黄铜优秀的机械性能。
铜合金表面复合渗层的组织与性能研究的开题报告
铜合金表面复合渗层的组织与性能研究的开题报告一、研究背景及意义铜合金具有优异的导电、导热性能，广泛应用于电子、通讯、航空航天等领域，但其机械强度较低，易受磨损、腐蚀等影响。
为了提高铜合金的耐磨性、耐腐蚀性、硬度等性能，常采用复合渗层技术。
复合渗层技术是将不同材料的表面层复合在一起，形成一层具有多种性能的新材料。
常用的复合渗层方法有化学镀、物理气相沉积、电化学沉积等。
本研究将采用化学镀方法，在铜合金表面制备复合渗层，探究不同渗层材料对铜合金性能的影响，为提高铜合金的综合性能提供研究基础。
二、研究内容及方法本研究将以铜合金为基体材料，采用化学镀方法制备不同材料的复合渗层，研究渗层材料、渗层厚度等因素对铜合金性能的影响。
具体研究内容包括：1. 制备不同组分的复合渗层，采用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）等表征手段分析渗层组织结构和材料相。
2. 测量铜合金及不同复合渗层的硬度、摩擦系数、耐蚀性等力学性能，比较其差异。
3. 通过物理模拟等手段模拟实际工作条件，考察渗层的耐磨性、抗冲击性等特性，探究复合渗层制备方法及参数对性能的影响。
三、预期成果及意义本研究将制备表面复合渗层的铜合金材料，深入研究渗层的微观结构、力学性能及耐磨性等特性，探究不同材料复合渗层制备方法及参数对铜合金性能的影响。
预期成果包括：1. 实验得出不同组分的复合渗层对铜合金性能的影响，找出性能优异的渗层材料及制备工艺。
2. 探究渗层组织结构对铜合金力学性能和耐磨性能的影响，为提高材料抗磨损、耐腐蚀、延寿等方面提供新的思路。
3. 建立表面复合渗层的铜合金材料相关的实验方法及实验数据，为将来更深入的研究提供参考。
四、研究进度安排1. 前期调研、文献综述和实验环境准备 2周2. 制备铜合金样品，设计不同组分、不同厚度的复合渗层实验 6周3. 分别通过硬度试验、摩擦系数试验、腐蚀试验等方法评估试样力学性能及耐蚀性能 4周4. 采用物理模拟等手段考察复合渗层的耐磨性、抗冲击性等特性 4周5. 数据分析及成果撰写 4周6. 端正论文，提交开题报告 2周总共18周，计算从研究启动到完成开题报告需要约5个月。
一种铜合金表面强化涂层的方法
一种铜合金表面强化涂层的方法铜合金是一种重要的工程材料，具有优异的导热性、导电性和机械性能，广泛用于制造电器、航空航天器和石油化工设备等领域。
然而，铜合金表面容易与氧气、水蒸气和酸性介质发生氧化反应，导致表面腐蚀和降低耐磨性。
为了改善铜合金的表面性能，研究和开发了多种表面强化涂层的方法。
一、化学处理法化学处理是最常用的表面强化涂层方法之一。
其中，阳极氧化处理是最常见的一种。
通过在铜合金表面形成一个具有良好耐蚀性的氧化膜，提高表面耐腐蚀性能和硬度。
此外，还可以通过浸漆、镀层和化学成镜等方法，在表面形成一层保护膜，从而提高表面强度和耐磨性。
二、物理气相沉积法物理气相沉积法是一种利用高能粒子轰击工件表面，生成具有良好性能的涂层的方法。
常用的物理气相沉积方法包括离子镀、物理气相沉积和磁控溅射等。
离子镀是一种利用离子束轰击工件表面形成涂层的方法，具有高沉积速率和良好的附着力。
物理气相沉积是一种利用高能离子或原子轰击工件表面形成涂层的方法，可以提高表面硬度和耐磨性。
磁控溅射是一种利用高能离子或原子轰击靶材，将靶材表面溅射到工件表面形成涂层的方法，能够获得均匀、致密和附着力好的涂层。
三、化学气相沉积法化学气相沉积法是一种利用气相化学反应在工件表面形成涂层的方法。
常见的化学气相沉积方法包括化学气相沉积和化学镀。
化学气相沉积是一种利用在气相条件下生成的化学反应产物在工件表面形成薄膜的方法，可以得到均匀、致密和化学成分均匀的涂层。
化学镀是一种利用化学反应在工件表面生成金属沉积物的方法，可以得到致密、均匀和耐腐蚀的涂层。
四、物理化学溶胶凝胶法物理化学溶胶凝胶法是一种利用溶胶凝胶反应产物形成涂层的方法。
通过溶胶凝胶反应产物在工件表面形成均匀分散的纳米颗粒，从而提高表面硬度和耐磨性。
此外，溶胶凝胶反应产物还可以通过烧结、热处理和冷却等工艺，形成一定的晶界相，从而提高表面强度和耐磨性。
综上所述，铜合金的表面强化涂层方法有化学处理法、物理气相沉积法、化学气相沉积法和物理化学溶胶凝胶法等。
渗硅工艺及渗层组织的研究
渗硅工艺及渗层组织的研究姚彦桃（河北理工大学轻工学院07q轧钢1 35 ）摘要：本文介绍了渗硅工艺新进展—6.5%Si高硅钢，它有着优良的软磁性能，最适合用来制造高速高频电机、音频和高频变压器等；研究了固体渗硅，气体渗硅，液体渗硅等渗硅工艺和在实际生产中的应用情况，还研究了渗硅层组织，各渗层组织的性能，以及各个参数或因素对渗硅层厚度和性能的影响。
关键词：渗硅渗层组织性能0前言渗硅是指以硅原子渗入钢的表面层的过程。
它是使钢的表面层合金化，以使工件表面具有某些合金钢、特殊钢的特性，如耐热、耐磨、抗氧化、耐腐蚀等。
将金属工件放在含有渗入金属元素硅的渗剂中,加热到一定温度，保持适当时间后,渗剂热分解所产生的渗入元素的活性原子便被吸附到工件表面，并扩散进入工件表层，从而改变工件表层的化学成分、组织和性能。
1 渗硅工艺的新进展6.5%Si高硅钢有着优良的软磁性能，最适合用来制造高速高频电机、音频和高频变压器等。
该钢种采用水平专用连续渗硅生产线。
6.5%Si硅钢涂布绝缘薄膜能降低电器噪音效果。
经过试验测定，渗硅后的6.6%Si硅钢和含有5.7%Si、3.5%Si硅钢噪音对比，分别为45dBA、56dBA、70dBA以下[1]。
2 渗硅工艺渗硅工艺可用固体法、液体法和气体法，应用较多的是固体粉末渗硅，此外还有真空渗硅、流动粒子炉渗硅、机械能助渗硅等。
2.1固体渗硅2.1.1粉末法渗硅固体渗硅常用粉末法，渗硅温度一般为950～1050℃，而且硅铁损耗量大[2]。
供硅剂是硅铁，活化剂是氯化铵，填充剂用石墨、耐火土、氯化铝。
如：80%硅铁+12%氯化铵+8%氯化铝，渗层多孔，孔隙率46%~54%，有减摩作用。
在固体渗剂中加入一定量的氯化镁、氯化钙或氧化铁可减少、甚至消除渗硅层的孔隙，如80%硅铁+12%氯化铵+4%氯化镁+4%氯化钙，于1000~1050℃，保温3～6 h, 渗硅层厚度为0.10～0.15 mm,硬度为360HV,表面层致密无孔隙,抗蚀性明显提高，在10% HCl溶液中，比未渗硅的试样提高17倍。
铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制
华 东 理 工 大 学 学 报 Jour nal of E as t Chin a University of Science and T echnology Vol.24No.61998-12收稿日期:1998-07-27铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制程 军* 朱建华(华东理工大学机械工程学院,上海200237) 提要:对铜合金进行固体渗硅的工艺方法和渗硅后铜合金表面行为进行了研究。
采用本院研制的渗剂对ZQSn6-6-3进行渗硅化学热处理,获得了0.8～1.2mm 的渗层。
探讨了热处理温度、保温时间等工艺参数对渗层厚度和渗层性能的影响;研究了铜合金渗硅层的微观结构,结合粘着理论、磨损剥层理论和晶体结构,揭示了渗硅后提高耐磨性的原理。
研究表明,渗硅的控制步骤是硅在铜合金中的扩散,并给出了渗层厚度与温度及保温时间的经验公式。
关键词:锡青铜;固体渗硅;微观结构;耐磨性中图分类号:T G 156.82 铜及铜合金是工业上应用最早和最广泛的金属材料之一。
在机械传动系统中,常用来制造滑动轴承、滑块、轻载荷齿轮以及其他一些磨损零件。
实际使用时,铜合金遇到的多是金属-金属磨损问题。
实验室工作的一般结论是,没有一种铜合金对于硬磨料有好的耐磨性[1]。
在铜及铜合金作为摩擦件的场合下,发生的磨损行为多为粘附磨损,重载下甚至发生咬合。
为提高铜合金的耐磨性,延长其使用寿命,我们采用了渗硅的方法。
本文的研究表明,对铜合金进行渗硅是一种提高铜合金使用寿命有效的工艺方法,可以提高铜合金的耐磨性,降低铜合金的表面摩擦系数,具有工程推广价值。
1 材料的制备渗剂的组成:渗剂由硅铁(SiFe 75-A ,80～100目),氯化氨,防烧结剂,表面洁净剂,填充剂等。
将上述物质混合在一起,仔细地搅拌均匀。
所用的待渗试件材料为同炉浇铸的锡青铜ZQSn6-6-3,其中Sn 6.8%,Pb 3.12%,余量为Cu 。
试块尺寸统一为40mm ×20mm ×10m m,光洁度为¨6。
工业纯铜二氧化硅渗硅层耐蚀性研究
工业纯铜二氧化硅渗硅层耐蚀性研究
李晓静;高永亮;郝瑞;于萍;李睿
【期刊名称】《兵器材料科学与工程》
【年(卷),期】2016(39)1
【摘要】为改善纯铜表面性能,提高使用寿命,以二氧化硅为渗剂,采用粉末包渗技术对工业纯铜进行渗硅处理。
制备的渗硅层中有Cu_(0.83)Si_(0.17)、Cu_9Si、Cu_(6.69)Si等相产生,渗层最高显微硬度可达349HV0.05,约为基体的5.80倍。
研究不同环境下渗硅层的耐蚀性和抗氧化性,铜渗硅后耐酸、盐及人工海水性能较基体分别提高2.26、3.77、4.38倍,抗氧化性能提高18.00倍。
结果表明,采用二氧化硅在工业纯铜表面制备渗硅层是可行的。
【总页数】5页(P5-9)
【作者】李晓静;高永亮;郝瑞;于萍;李睿
【作者单位】中国兵器科学研究院宁波分院;辽宁工程技术大学材料科学与工程学院;内蒙古一机集团工艺研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TG178
【相关文献】
1.以煤矸石为渗硅剂在工业纯铜表面制备渗硅层的冲蚀磨损性能
2.纯铜多元合金共渗及渗Al层的研究
3.纯铜离子渗镀钛层的耐蚀性
4.铜合金上渗硅层的耐磨耐蚀性
5.铜合金上渗硅层的耐磨耐蚀性
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华 东 理 工 大 学 学 报 Jour nal of E as t Chin a University of Science and T echnology Vol.24No.61998-12收稿日期:1998-07-27铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制程 军* 朱建华(华东理工大学机械工程学院,上海200237) 提要:对铜合金进行固体渗硅的工艺方法和渗硅后铜合金表面行为进行了研究。
采用本院研制的渗剂对ZQSn6-6-3进行渗硅化学热处理,获得了0.8～1.2mm 的渗层。
探讨了热处理温度、保温时间等工艺参数对渗层厚度和渗层性能的影响;研究了铜合金渗硅层的微观结构,结合粘着理论、磨损剥层理论和晶体结构,揭示了渗硅后提高耐磨性的原理。
研究表明,渗硅的控制步骤是硅在铜合金中的扩散,并给出了渗层厚度与温度及保温时间的经验公式。
关键词:锡青铜;固体渗硅;微观结构;耐磨性中图分类号:T G 156.82 铜及铜合金是工业上应用最早和最广泛的金属材料之一。
在机械传动系统中,常用来制造滑动轴承、滑块、轻载荷齿轮以及其他一些磨损零件。
实际使用时,铜合金遇到的多是金属-金属磨损问题。
实验室工作的一般结论是,没有一种铜合金对于硬磨料有好的耐磨性[1]。
在铜及铜合金作为摩擦件的场合下,发生的磨损行为多为粘附磨损,重载下甚至发生咬合。
为提高铜合金的耐磨性,延长其使用寿命,我们采用了渗硅的方法。
本文的研究表明,对铜合金进行渗硅是一种提高铜合金使用寿命有效的工艺方法,可以提高铜合金的耐磨性,降低铜合金的表面摩擦系数,具有工程推广价值。
1 材料的制备渗剂的组成:渗剂由硅铁(SiFe 75-A ,80～100目),氯化氨,防烧结剂,表面洁净剂,填充剂等。
将上述物质混合在一起,仔细地搅拌均匀。
所用的待渗试件材料为同炉浇铸的锡青铜ZQSn6-6-3,其中Sn 6.8%,Pb 3.12%,余量为Cu 。
试块尺寸统一为40mm ×20mm ×10m m,光洁度为¨6。
表面用丙酮擦拭后用热风吹干待用。
渗剂置于渗盒中,将试块埋入,试块待渗面保证渗剂厚度为25～40mm 。
将渗剂小心地捣实,然后加上铁盖,四周用耐火泥密封置于炉内加热。
用WZK 型可控硅温度控制器(上海自动化仪表六厂)控制整个渗硅过程的升温速度在3.0°C /min 左右。
保温过程中,温度的波动小于5°C 。
保温结束后,在降温到600～500°C 的温度段内,小心地控制降温速度,使之保持在每降10°C 保温半小时左右,目的在于充分地缓冷,以保证共析反应KA +C 的进行。
随后炉冷至室温取出,清除表面粘附物后进行各项检测。
・710・2 渗剂的使用效果用渗剂1、渗剂2、渗剂3,在720°C 、4h 保温条件下,作了多组试验,结果列于表1中(渗硅前的原始硬度为60～70HB )。
表1 渗硅效果表Table 1 Effect of silico nizingPrepar ation num ber T hick nes s of layer/mm Hardness /H B T hick nes s redu ction of sample/mmAverage of redu ction/m m1 1.15215 0.14～0.49 0.2282 1.05182-0.19～0.470.15530.86149-0.35～0.20-0.110 由表1可以看出,渗剂对锡青铜ZQSn6-6-3渗硅效果显著,渗层的形貌见图1。
(a)Ou ts ide ûLayer (b)C entrallayer(c)Layer ûBase (d )T ran sition region图1 渗层的显微形貌F ig .1 Scanning electr on micr og ra phs of the silico nized layer・711・第6期程 军等:铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制 X 射线衍射结果表明[2],渗层中主要有两相:一相为铜的A 相固溶体,另一相为铜硅的化合物相,其结构为Cu 0.83Si 0.17,电子浓度为3/2,参照文献[3,4],可以断定该相晶型为立方晶格,即铜-硅相图中的C 相。
而铜基固溶体中溶质可能为硅和锌。
此外,还发现了铁锌间化合物。
特别值得注意的是,在这一深度没有锡和铅的存在。
这是由于硅的渗入,将锡和铅推挤到远离表面某一深度处,形成锡和铅的富集区。
从照图1(c)可以看出,在渗层与基体之间,其组织与渗层和基体的组织均明显不同,这一层即为锡和铅的富集区,本文中也称过渡区。
渗层、过渡层的组织特点如下:渗层中组织分布基本为铜硅的化合物相C 相分布在基体A 相上。
在表面约40L m 的厚度上,晶粒微细,呈细长片图2 渗硅层显微硬度分布曲线F ig.2 Distr ibut ion o f hardness in thesiliconized lay er状,直径仅几个微米;而从表面到基体的占绝大部分厚度的渗层上(约0.6m m),晶粒明显增大,约为表面晶粒大小的3～4倍;在渗层与基体之间,约150～200L m 的过渡层上,组织又发生了变化,与渗层其他部位明显不同,如晶粒较渗层中部细化,晶粒上有黑色条状物夹杂。
图2给出了渗层的显微硬度分布。
由此曲线可以发现,硬度的分布也有相应的明显特征:在表面到过渡区之间的这一渗层中,硬度分布平缓,这一区域将对渗层的摩擦性能作出主要贡献;在基体与渗层之间,厚约170L m 的区域内,硬度急剧下降,由渗层的180HV 降至基体的65HV 。
这一区域正是锡和铅的富集区,与电镜照片上显示的过渡区位置与厚度十分吻合。
3 摩擦系数与磨损率的测定 磨损试验在M M -200型试验机(上海第二工业大学)上进行。
试样均为在保温4h 下获得的渗层。
环状对偶件为45#钢标准件,直径为40mm ,硬度为H RC 45～50。
实验时环状对偶件转动,待测的渗硅试样固定,并施以压力p 。
首先测定干摩擦条件下的摩擦系数和磨损率。
按所采用渗剂及渗硅温度的不同分组实验,试验结果列于表2。
油润滑条件下渗硅层的摩擦系数和磨损率也得到了测定,试验的结果列于表3中。
表中数据均为各组结果的平均值。
由表2和表3可以看出,经渗硅处理的锡青铜ZQSn6-6-3的表面,其耐磨性、减摩性均得到了提高。
表现在磨损率的降低和平均摩擦系数的减小。
在干摩擦条件下,其摩擦系数由未渗硅的0.248减小到渗硅后的0.1934,比未渗硅时减小了22%;在润滑条件下,摩擦系数由未渗硅的0.098减小到渗硅后的0.083,比未渗硅时减小了15.3%。
同时,磨损率也大大降低了。
以表2中渗剂2磨损率随渗硅温度的变化情况为例,磨损率随渗温升高沿二次曲线下降。
其变化曲线绘于图3中。
・712・ 华 东 理 工 大 学 学 报第24卷表2 渗硅层干摩擦性能表Table 2 T he non-lubricant fr iction per for mance of the silico nized la yerPrepar ation num ber S ilicon izing tem perature/℃Width of frictiontrace/mm Fr iction work/kJ Friction coefficien t Wear rate W S /(L m ・N -1・m -1)Non-s iliconiz ed9.775146.0560.24800.4371710 3.32113.5610.19270.0171720 3.13110.7530.19440.0142680 5.01119.2600.19270.0552700 4.09111.2770.19410.0332710 3.92124.4470.19320.0252720 3.50114.2280.19340.0202730 3.28112.6180.19320.0173720 6.11111.7290.19330.105 Tim e :15min ;Ratational s peed :200r /min ;Load :150N表3 渗硅层含油润滑性能表Table 3 T he lubricant frict ion perfo rma nce o f the silico nized layerWid th of frictiontrace/mmFriction w or k/kJ Friction coefficien t W ear rate W S /(L m ・N -1・m -1)Non-s iliconiz ed 5.083684.700.0989.489×10-4Siliconiz ed1.513102.360.0832.494×10-5 Tim e :240min ;Ratational s peed :400r /min ;L oad :300N ;Condition :Lu bricant 32#图3 渗剂2,保温4h 所得渗层磨损率随渗温变化曲线图Fig.3 T he relationship betw een the wearr ateandthesiliconizingtemperat ur e after 4h-pr epa ration 24 渗硅提高摩擦性能的机理由粘着摩擦理论[5],粘着结点的粘着力对摩擦系数的贡献为:L S =S /P y(1) 式中:L S 为粘着摩擦系数;S 为金属表面间的粘着剪切强度;P y 为较软金属的抗压屈服强度。
由式(1)可得,L S 与粘结点剪切强度成正比,而与较软金属的抗压屈服强度成反比。
因为粘结点剪切强度与其粘着力有关,而较软金属的抗压屈服强度又与材料的硬度有一定的对应关系,所以降低结点间粘着力,提高较软金属材料的硬度,将有利于减小粘着摩擦系数,减轻粘着倾向。
S .S .Karapetian 和Yu .I .Korostelin 的研究[6]表明,在摩擦系数与固体的晶体结构间存在着一定的联系。
他们认为,晶体结构不同,其粘着力也不同。
大致的趋势是:面心立方晶体的粘着力较大,体心立方晶体次之,密排六方晶体的粘着力最低。
前已证明,硅的渗入在表面形成了硬而脆的铜硅化合物相,其结构为Cu 0.83Si 0.17,电子浓度为3/2,该相晶型为六方晶格。
所以,由于铜硅化合物相的晶型和它的高硬度,一方面减小了金属表面间的粘着剪切强度,另一・713・第6期程 军等:铜合金渗硅层耐磨性及工艺控制 方面提高了较软金属的抗压屈服强度,从而整体上导致了摩擦系数的减小。