不同摩擦条件下铜-铁基粉末冶金材料的摩擦性能

面温 度增 加 ， 水对 高 温表 面 的冷却 作用 增加 ， 而使 从 干湿 摩擦 条 件下 的温 度差 增加 。
被 称 为第三 体 ， 它覆 盖在 摩擦 表 面 ， 对摩 擦磨 损性 能 起 到重 要作 用 。低速 摩擦 形 成 的这些 颗粒 状第 三体 增 加 了摩擦 面微 凸体 间 的 啮合 程 度 ， 表现 出较 高 的
关 键 词 ： 属 材 料 ； 一 基 粉末 冶金 材 料 ； 金 铜 铁 干摩 擦 ； 摩 擦 ； 三体 湿 第
中图 分 类 号 ：Ｇ１６ １ ；Ｔ １５２ 文 献 标 识码 ： 文章 编 号 ：０ １— ２ １ ２ １ ） ２— ０ ２—０ Ｔ ４ ． １ Ｆ ２ ． Ａ １０ ０ １ （ ０ １ ０ ０ ３ ６
大。
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ｆ ｔｉｏ Ｌ ｕｒ￣ ｅ ｒｉ ｃ ｒ ａｃ
图 １ 温 度 测 量 示 意 图
Ｆｉ ．１ Ｓｃ ｍａ ｉ ｆｔ ｍｐｅ ａ ｕ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｍｅ ｇ ｈｅ ｔｅ ｏ ｅ ｒ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｎｔ
肇 斟
４ｍ ｍ 。
速 度 ／ｒ－ｒｉ。 （ ａ ｎ。 ）
图 ３ 摩擦 速 度对摩 擦 系数 的影 响 （ ｅ含量 １ ％ ，． ＭＰ ） Ｆ Ｏ ０ ５ ａ
Ｆ ｇ ３ Ｅ ｆｃ ｓｏ ｉｔ ｎ ｓ ｅ ｄ ｏ ｒ ｔ ｎ ｃ ｅ ｃ ｅ ｔ ｉ． ｆ ｔ ｆｆ ｃｉ ｐ ｅ ｎ ｆｉ ｉ ｏ ｆ ｉ ｎ ｅ ｒ ｏ ｃｏ ｉ
４ ７ Ｌ ｍｎ ． ｍ ／ ｉ。磨 损 量 的 测 定 采 用 精 度 为 万 分 之 一 的
素 ” 。当压 力 、 速度 、 汽等条 件变化 时 ， 会 改 水 都
收稿 日期 ：０ ０— ７— ８ ２ １ ０ ０
基 金 项 目 ： 家 ８ ３计划项 日（０ ６ ０ Ｚ １ ） 辽 宁 省 自然 科 学 基 国 ６ ２０ ＡＡ ３ ５５ ；
摩擦 系数稳 定 、 耐磨性 好等特 点 ， 已成为列 车制 动方 面一 种重要 的制 动材料 。因此 ， 识 和 掌握铜 一 基 认 铁
针 对铜． 铁基粉 末冶金 摩擦 材料 ， 利用 定速摩 擦
试 验 机 研 究 摩 擦 速 度 、 分 、 力 、 湿 条 件 等 对 摩 成 压 干
陶 瓷 强 化 材 料 的 摩 擦 磨 损 性 能 越 来 越 受 到 重
第６ ３卷
第 ２期
有 色 金 属
ＮＯｌ Ｉ Ｕ ｅ ａｓ ｉ ｅＴ ＳＭ ｔ ｌ ｆ Ｏ
Ｖ０ ． ３．Ｎｏ ２ １６ ． Ｍａ ２０ １１ ｖ
２ １ ０ １ 年 ５ 』 ］
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊ ｉｓ ． ０ １—０ １ ． ０ １ ０ ． ０ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ ２ １２ １ ．２ ０８
从 边界 膜 的角 度 ， 近 似起 到 了边 界润 滑 的作用 ， 水 形 成 固体 一 界 膜一 边 固体 摩擦 系统 。边 界 膜 减 少 了 固体 与 固体 的直接 接触 ， 故摩 擦 系数 比干 摩 擦 系数 要 小
得 多 。
２ ２ 摩 擦速 度对摩 擦 系数 的 影 响 ． 图 ３为 干 、 湿摩 擦 条 件 下摩 擦 速 度 对 摩擦 系 数
视 －３如 材 料 成 分 对 摩 擦 磨 损 性 能 的 影 响 ２， 、 摩
擦 磨损 性能 的影响 ， 并考 虑 了摩擦 条 件 与摩擦 第 三
体 的关 系。
擦 速度 和压 力 与 摩 擦 磨 损 性 能 的关 系 等
速 度 变 化 、 度 变 化 、 雪 环 境 等 系 列 问题 温 雨
为 是 有 意 义 的 。 制 动 条 件 下 的摩 擦 特 性 属 于 存 在 较
０ ０ ４ ｍ。其 中 铁 粉 含 量 为 ５ ～２ ％ ， 墨 和 ．７ ｒ ａ ％ ０ 石
ＳＯ 的含 量分 别 为 ５ ， 量 为 铜 粉 。粉 末 经 混 合 ｉ， ％ 余
均 匀后 ， 压机上 压制成 型 ， 型压力为 ６ ０ ａ 烧 在 成 ０ ＭＰ ， 结在 钟罩式 烧结炉 中进行 ， 结压力 为 １７ ＭＰ ， 烧 ．７ ａ 烧 结温 度为 ８ ０Ｃ， 温时 问为 １５ ， ２￣ 保 ． ｈ 制备 出 的试 样尺
粒 度 为 ０ ２ ～０ ３ ５ ． ． １ ｍｍ。 还 原 铁 粉 的 粒 度 小 于
摩擦磨 损性 能很 大 程度 上 依赖 于摩 擦 条件 ， 当条 件 变化 时 ， 然影 响到 材料 的摩 擦 学行 为 而造 成 摩擦 必 系数 的变化 ， 而 影 响列 车制 动的安 全性 和舒适性 。 从 显然 ， 列 车制动 的环 境 条 件研 究 材 料 的摩 擦 学行 从
变 形 和 断 裂 ， 生 磨 损 粒 子 ， 图 ４ ａ ， 损 粒 子 又 产 见 （）磨
平方 成 正 比 ， 因此 ， 摩擦 速度 增 加 时 ， 随 摩擦 温度 升
高 。湿摩 擦 时 ， 分 对 摩 擦 表 面起 到 润 滑 和冷 却 作 水 用， 降低 了摩 擦 面的 温度 。随 着摩擦 速 度 的升 高 ， 表
第 ２期
符
蓉 等 ： 同摩 擦 条 件下 铜 一 基 粉 末 冶 金 材料 的摩 擦 性 能 不 铁
３ ３
ｔ ｒｍｏｃ ｕ ｈｅ ｏ ｐｌｅ
高 于 ｌ０ ｒｍｉ ， 擦 系 数 趋 于 稳 定 。 干 、 摩 擦 Ｏ ０／ ｎ时 摩 湿
相 比 ， 低摩 擦速 度条 件 下 ， 摩擦 条件 下 的摩擦 系 在 干 数大 于湿 摩 擦 ， 高 摩 擦 速 度 条 件 下 ， 者 相 差 不 在 两
１所 示 ， 试 样 一 端 钻 ３ ｍ 孑 ， 热 电偶 插 入 并 用 在 ｍ Ｌ将
作者 简 介 ： 符
蓉 （９ ３一） 女 ， １８ ， 辽宁锦 州市人 ， 副教授， 博士 ， 主要
从 事制 动 材 料 摩 擦 磨损 性 能 等 方 面 的研 究 。
塞 子 将 热 电偶 固定 ， 电偶 距 摩 擦 接 触 表 面 ３～ 热
速度 ／ｒ ｍ ｎ ） （・ ｉ
对 摩擦 力 的贡献 ， 同时 ， 的润滑 作用 降低 了微 凸体 水
图 ２ 摩擦 面 温度 随摩 擦速 度 的变化
（ Ｏ％ Ｆ ０ ５ Ｐ １ ｅ，． Ｍ ａ）
ｗｅ ｒ ｔ ｎ （ ０％ Ｆ ，０ ５ ａ ｔｆｉ ｉ ｃｏ １ ｅ ． ＭＰ ）
问的 啮合力 ， 些 都 有 利 于 降 低 摩 擦 系 数 ， 图 ３ 这 见 。
摩 擦磨 损 试 验 在 Ｇ Ｄ ５ Ｆ １０型定 速 摩 擦 机 上 进
行 ， 偶 盘 材 料 为 Ｈ１ ， 擦 半 径 为 １０ ｍ。 试 验 对 ３摩 ５ｒ ａ
摩擦 速度为 ２ ０—３ ０ ｒｒｉ， 擦 时间 为 ３ ６ ｓ ０ ０ ０／ ｎ 摩 ａ ０～ ０ ， 摩 擦 压 力 为 ０ ５ ～１ １ ａ 湿 摩 擦 时 加 水 量 为 ． ． ， ＭＰ
下 ， 度 、 力 与材 料 摩 擦 磨 损 性能 的关 系 。结 果 表 明 ， 摩 擦 系 数 随摩 擦 速 度 增加 而 降 低 ， 速 压 干 湿摩 擦 明显 降低 了低 速摩 擦 系数 而 对 高 速 摩擦 系数 影 响 不 大 。 低 速 摩擦 系 数 随 摩 擦压 力 增 加 而 增 加 ， 擦 压 力 对 高速 摩 擦 系 数影 响不 明 显 。 摩
寸 为 １ ｒｍ Ｘ１ ｒｍ。 ７ ５ ａ ａ
大 程度磨 损 的非润 滑 条件 的摩 擦 ， 摩擦 面 上存 在 一 层被 称为 第三体 的特 定组织 ， 层组 织实 际上 是 这 由摩 擦 面损伤产 生 的磨 屑 构 成 的 ， 它覆 盖 在摩 擦 面
上 ， 成 一 层 具 有 厚 度 为 几 个 微 米 到 几 十 微 米 的 粉 形 末 层 ， 层 组 织 的 形 态 、 动 特 征 与 摩 擦 条 件 密 切 相 这 运 关 ， 此 ， 成 为 影 响 摩 擦 学 行 为 的 一 个 显 著 因 因 它
变摩 擦 面的组织 形 态 而联 系 到摩 擦学 行 为 的变 化 ，
同时 ， 变化 规 律 很 大 程 度 上 与 材 料 的 成分 有 关 。 其
然而， 目前对 这方 面的认 识仍是有 限的 。因此 ， 研究 上述 因素 与摩 擦学 行为 的关 系成 为制备 高性 能摩擦
材料 的基础性 工作 。
摩擦 系 数是 两摩 擦表 面 间相互 粘着 和 啮合程 度 及 其性 质 的函数 。摩 擦 中 ， 接触 点 间产 生相 对运 动 ， 发 生剪 切现 象 ， 切 力 成 为摩 擦 阻力 。在 低 摩 擦 速 剪 度 时 ， 于 干摩擦 ， 对 摩擦 表 面温 升 不 大 ， 擦 表 面 未 摩 发 生相 变等 组织 变 化 ， 擦 阻 力 主要 来 源 于 材 料 表 摩 面 微 凸体 问的相 互作 用 。微 凸体 问 的相 互剪 切造 成
金 资助 项 目 （ ０ ７ ０ ０ ９ ２ ０ ４２ ３ ）
电子天平 称 量 磨 损 前后 的质 量 损 失 。采 用 Ｏ Ｙ Ｌ Ｍ—
Ｐ Ｓ光 学 显 微 镜 和 Ｊ Ｍ一３ ０ Ｖ 型 扫 描 电 子 显 微 镜 Ｕ Ｓ ６６Ｌ
进 行材料 表面形貌 的观察 。试样 表面温度测 量如 图
ｏ ｒ ｎ ｔ（ Ｏ Ｆ ，０ ５ ａ） ｆｄｙａ ｄｗｅ １ ％ ｅ ． ＭＰ
大 于湿摩 擦 的温度 ， 者 的差别 随 速度 增加 而增 加 。 两
摩 擦 中 ， 擦 表 面 微 凸 体 问 相 互 黏 结 、 切 、 裂 形 摩 剪 断 成 的 变 形 能 转 变 为 热 量 ， 擦 能 量 与 摩 擦 速 度 的 摩
。然
。 从 着 压 力波 动 、
材料 摩擦 学行 为看 ， 擦 性 能不是材 料 的固有属性 ， 摩
１ 实 验 方 法
试 验 材 料 由 电 解 铜 粉 、 原 铁 粉 、 墨 和 ＳＯ 还 石 ｉ：
构成 。电解铜 粉粒度 小于 ０ ０ ５ ｍ， ．４ ｍ 石墨 和 Ｓ ，的 ｉ Ｏ
随着列 车速度 的提 高 ， 对列 车 的制 动性 能 提 出 了越来越 高 的要求 ， 品质 的制 动 性 能一 方 面要 求 高 摩擦 副材 料适 用于 高 速 高温 的 工作 环 境 ， 一 方 面 另
要 求 材 料 在 各 种 条 件 下 表 现 出 相 对 稳 定 的 摩 擦 系 数 和 良好 的 耐 磨 性 。 铜 一 基 粉 末 冶 金 摩 擦 材 料 具 有 铁
不 同 摩擦 条 件下 铜 一 基 粉末 冶金材 料 的摩擦性 能 铁
符 蓉 ， 高 飞 ， 洪 娟 ， 宝 韫 沈 宋
（ 连交通 大 学 材 料科学 与工程 学院 ， 宁大连 １６ ２ ） 大 辽 １ ０ ８
摘 要 ： 用 粉 末 冶金 技 术 制 备 铜 一 基 复 合 材 料 ， 制 动 压 力 ０ ５—１２ ａ范 围 内 ， 过 定 速 摩 擦 试 验 机 研 究 干 、 条 件 采 铁 在 ． ． ＭＰ 通 湿
２ 试 验 结 果 与 讨 论
２ １ 摩 擦 面温 度 的变化 ． 图 ２为在 于 、 两 种摩擦 条 件下 ， 擦试 样温 度 湿 摩 随摩擦 速 度 的变 化 情 况 。可 以看 出 ， 随着 摩 擦 速 度
的 提 高 ， 度 升 高 。 干 、 摩 擦 相 比 ， 摩 擦 面 温 度 温 湿 干
摩 擦 阻力 ， 因此 ， 摩擦 系数 处 于较 高值 ， 图 ３所示 。 如
＼
遁
图 ４ ｂ 是 摩 擦速 度为 ２ ０／ ｉ 摩 擦 条 件 时 的表 （） ０ ｒｍ ｎ湿 面 状态 ， 见摩 擦表 面 的光滑 程 度大大 增加 ， 可 颗粒 状 第 三体 显著 减 少 。显 然 ， 于水 分 对表 面 的清 洗 作 由 用 ， 走 了大量 颗粒 状第 三体 ， 少 了颗粒 状第 三体 带 减